BIOSTIMOLANTI, ALTERNATIVA PER UN’AGRICOLTURA SOSTENIBILE?

I Biostimolanti per piante includono diverse sostanze e microrganismi utilizzati per favorire la loro crescita. Le formulazioni dei biostimolanti derivano da materiale organico o elementi minerali e contengono aminoacidi, peptidi, vitamine.

Sono promotori della crescita delle piante, se utilizzati, in basse quantità, determinano maggiore efficienza nell’assorbimento dei nutrienti e migliore resistenza allo stress.

Gli effetti positivi sono:
• Aumento dell’efficienza del metabolismo vegetale con incremento della resa. • Aumento della tolleranza a stress abiotici e loro recupero. • Incremento dell’assimilazione dei nutrienti, loro traslocazione e utilizzo • Miglioramento della qualità dei frutti • Aumento dell’attività microbica del suolo e dinamicità dell’azoto.
In commercio si trovano come miscele di differenti molecole e sostanze e il loro effetto è il risultato di molti componenti che lavorano sinergicamente.
L’applicazione dei biostimolanti può ridurre l’uso dei fertilizzanti e dei prodotti di protezione senza apportare effetti sulla qualità della resa. Inoltre, questi prodotti possono essere un utile strumento per un’agricoltura più sostenibile, rappresentando un’alternativa a pesticidi e fertilizzanti chimici. Tuttora sono utilizzabili in agricoltura biologica.

Si dividono in tre maggiori categorie in base alla loro origine e contenuto:
SOSTANZE UMICHE: Macromolecole organiche complesse, derivanti dall’humus quindi provenienti dalla decomposizione e attività metabolica di frazioni di sostanza organica (foglie, residui animali...) ad opera della flora microbica del terreno. Le sostanze umiche sembrano agire sull’attività fitormonale delle piante migliorando l’aumento dei nutrienti portando ad effetti positivi come: aumento della biomassa, fiori, frutta e miglioramento della qualità dei frutti. In particolare, gli studi mostrano che le sostanze umiche agiscono direttamente sull’attività dell’auxina, ormone implicato anche nello sviluppo radicale.
ESTRATTI ALGALI: Gli estratti algali, se ne trovano di varie specie, sono utilizzati come “concime” fin dall’ antichità tramite applicazione fogliare. L’utilizzo di alghe in agricoltura sembra aumentare i livelli di clorofilla, la germinazione dei semi, la resa floreale e la crescita della pianta. Vi sono stati identificati componenti bioattivi come polisaccaridi alginati che se presenti nel terreno legano ioni metallici per produrre un gel in grado di trattenere l’acqua favorendo così l’uptake dei nutrienti da parte dell’apparato radicale. Potrebbero anche agire come chelanti dei nutrienti favorendone così l’assorbimento da parte della pianta. Mostrano di avere anche un effetto ormonale mimando o stimolando l’azione di ormoni responsabili del processo metabolico della pianta. Altri studi collegano il loro effetto benefico a un'associazione simbiotica con le micorrize, funghi legati alle radici che aiutano l’assorbimento di acqua e nutrienti dal suolo.

IDROLIZZATI PEPTIDICI E AMINOACIDI: In commercio vengono venduti come miscele contenenti aminoacidi e peptidi, derivano dall’idrolisi chimica, enzimatica o mista di proteine da biomasse coltivate per tale scopo, animali, sorgenti microbiche o residui agricoli e industriali. Queste miscele sembrano beneficiare sulla performance della crescita, sull’incremento della resistenza allo stress e migliorando l’assorbimento dei nutrienti. Si suppone agiscano favorendo la chelazione di Fe, Zn, Mn e Cu rendendoli facilmente assorbibili dalla pianta. L’utilizzo di queste miscele in cultura idroponica ha dimostrato un aumento dell’attività di enzimi coinvolti del metabolismo del carbonio e dell’azoto, fondamentali per la crescita della pianta. Hanno un effetto benefico anche su suolo perché velocizzano la trasformazione del materiale organico, rendendolo disponibile per la pianta. Studi dimostrano favorire lo sviluppo ormonale della gibberellina, fitormone implicato nell’allungamento dello stelo della pianta e nella crescita del tubo pollinico.

Pillola di Sostenibilità: Biostimolanti per piante, una possibilità per un'agricoltura sostenibile! I biostimolanti sono "fertilizzanti" bio ricavati da residui di piante e animali o prodotti coltivati appositamente. Possono aiutare nella riduzione dell'utilizzo dei pesticidi e dispositivi di protezione. Agiscono a livello fitormonale, favorendo la crescita dell'apparato radicale, migliorano la tolleranza allo stress e incrementando l'assimilazione dei nutrienti.

DOVE APPROFONDIRE?

Berbara RLL., García AC., 2014. Humic substances and plant defense metabolism.Physiological mechanisms and adaptation strategies plants under changing environment.Vol 11. pp 297–319

Calvo P., Nelson L., Kloepper JW., 2014. Agricultural uses of plant biostimulants. Plant Soil. 383: 3-41

Canellas LP., Olivares FL., Okorokova-Facanha AL., Facanha AR., 2002. Humic acids isolated from earthworm compostenhance root elongation, lateral root emergence, and plasma membrane H+-ATPase activity in maize roots. Plant Physiol.130, 1951-1957

Cavani L., Ciavatta C., 2007. Attività Biostimolante degli Idrolizzati Proteici. L’informatore Agrario. 44, 46-52.

Chen Y., Clapp CE., Magen H., 2004. Mechanisms of plant growth stimulation by humic substances: the role of organo-iron complexes. Soil Sci. Plant Nutr. 50:1089–1095

Chen SK., Subler S., Edwards CA., 2002. Effects of agricultural biostimulants on soil microbial activity and nitrogendynamics. Appl. Soil Ecol. 19, 249–260.

Colla G., Rouphael Y., Canaguier R., Svecova E., Cardarelli M. 2014. Front. Plant Sci. Vol.5. article 448

Delay C., Nijat Imin N., Djordjevic MA., 2013. Regulation of Arabidopsis root development by small signalling peptides.Front. Plant Sci. 6;4:352

Du Jardin P., 2012. The Science of plant biostimulants- a bibliographic analysis. Report on Contract 30-CE0455515/00-96

El Hadrami A., L.R.Adam I., Daayf F., 2010. Chitosan in plant protection. Marine Drugs 8(4):968-987Ertani A., Cavani L., Pizzeghello D., Brandellero E., Altissimo A., Ciavatta C., Nardi S., 2009. Biostimulant activity oftwo protein hydrolyzates in the growth and nitrogen metabolism of maize seedlings. J. Plant Nutr. Soil Sci. 172, 237–244

Ertani A., Pizzeghello D., Altissimo A., Nardi S., 2013. Use of meat hydrolyzate derived from tanning residues as plantbiostimulant for hydroponically grown maize. J. Plant Nutr. Soil Sci. 176, 287–295

Fiers M., Golemiec E., Xu J., van der Geest L., Heidstra R., Stiekema W., Liu CM., 2005. The 14–Amino Acid CLV3,CLE19, and CLE40 Peptides Trigger Consumption of the Root Meristem in Arabidopsis through a CLAVATA2-Dependent Pathway. The Plant Cell. Vol. 17, 2542–2553,

Fitter AH., 1994. Architecture and biomass allocation as components of the plastic response of root systems to soilheterogeneity. Caldwell MM, Pearcy RW (eds) Exploitation of environmental heterogeneity by plants. Academic, SanDiego, pp 305–323

García-Martínez AM., Díaz A., Tejada M., Bautista J., Rodríguez B., Santa María C., Revilla, E., Parrado, J., 2010.Enzymatic production of an organic soil biostimulant from wheat-condensed distiller solubles: effects on soilbiochemistry and biodiversity. Proc. Biochem. 45, 1127–1133.

Gastal F., Lemaire G., 2002. N uptake and distribution in crops: an agronomical and ecophysiological perspective J. Exp.Bot. 53, (370): 789-799

Halpern M., Bar-Taly A., Ofeky M., Minzy D., Mullerx T., Yermiyahu U., 2014. The Use of Biostimulants for EnhancingNutrient Uptake. Agron. Vol. 130, 0065-2113

Hansen TH., Laursen KH., Persson DP., Pai Pedas P.,Husted S., Schjoerring JK., 2009.  Micro-scaled high-throughputdigestion of plant tissue samples for multi-elemental analysis. Plant Methods5:12

Hirel B., Bertin P., Quilleré I., Bourdoncle W., Attagnant C., Dellay C., Gouy A., Cadious S., Falque M., 2001. Toward aBetter Understanding of the Genetic and Physiological Basis for Nitrogen Use Efficency in Maize. Plant Physiol. 125,1258-1270.

Hochholdinger F.,  Woll K., Sauer M., Dembinsky D., 2004. Genetic Dissection of Root Formation in Maize (Zea mays)Reveals Root-type Specific Developmental Programmes. Annals of Botany 93: 1-10,

Karakurt Y., Unlu H., Padem H., 2009. The influence of foliar and soil fertilization of humic acid on yield and quality ofpepper. Acta Agric. Scand., 59: 233-237.

Khan W., Rayirath UP., Subramanian S., Jithesh MN., Rayorath P., Hodges DM., Critchley AT., Craigie, JS., Norrie J.,Prithiviraj B., 2009. Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development. Plant Growth Regul. 28, 386–399.

Kinoshita A., Betsuyaku S., Osakabe Y., Mizuno S., Nagawa S., Stahl Y., Simon R., Yamaguchi-Shinozaki K., Fukuda H.,Sawa S., 2010. RPK2 is an essential receptor-like kinase that transmits the CLV3 signal in Arabidopsis. Development137: 3911–3920.

Kumpf RP.,Shi CL.,Larrieu A., Stø IM., Butenko MA, Péret B.,et al., 2013. Floral organ abscis- sion peptide IDA and itsHAE/HSL2 receptors control cell separation during lateral root emergence. Proc. Natl.Acad.Sci.U.S.A. 110, 5235–5240.

Kuwada K., Wamocho LS., Utamura M., Matsushita I., Ishii T., 2006. Effect of red and green algal extracts on hyphalgrowth of arbuscular mycorrhizal fungi, and on mycorrhizal development and growth of papaya and passion fruit. Agron.J. 98, 1340–1344.

Laskowski M., 2013. Lateral root initiation is a probabilistic event whose frequency is set by fluctuating levels of auxinresponse., 2013. J. Exp. Bot. 64 (9): 2609-2617.

Leasure CD., He ZH., 2012. CLE and RGF Family Peptide Hormone Signaling in Plant. Development. Mol Plant. 5(6):1173-5

Masny A., Basak A., Zurawicz E., 2004. Effects of foliar applications of Kelpak SL and Goëmar BM 86® preparations onyield and fruit quality in two strawberry cultivars. J. Fruit Ornam. Plant Res. 12, 23–27.

Matsubayashi Y., Sakagami Y., 2006. Peptide Hormones in Plants. Annu. Rev. Plant Biol.2006. 57:649–74

Murphy E., Smith S., De Smet I., 2012. Small signaling peptides in Arabidopsis development: how cells communicateover a short distance. Plant Cell. 24(8):3198-3217.Nardi S., Carletti P., Ertani A., Pizzeghello D. 2006. Biostimolanti e attività biostimolante, Informatore Agrario.

Nardmann J., Werr W., 2006. The shoot stem cell niche in angiosperms: expression patterns of WUS orthologues in riceand maize imply major modifications in the course of mono- and dicot evolution. 

Mol Biol Evol. 23(12):2492-504.

Näsholm T., Kielland K., Ganeteg U., 2009. Uptake of organic nitrogen by plants. New. Phytol. 182, 31–48.

Neri D., Lodolini EM., Savini G., Sabbatini P., Bonanomi G., Zucconi F., 2002. Foliar Application of Humic Acids onStrawberry (cv. Onda). Acta Hort. 594, 297–302.

Piccolo A., 2002. The Supramolecular Structure of Humic Subsatances. A Novel Understanding of Humus Chemistry andImplications in Soil Science. Adv. Agron. 75 57-134.

Piccolo A., M. Spiteller 2003. Electrospray ionization mass spectrometry of terrestrial humic substances and their sizefractions. Anal. Bioanal. Chem, 377.1047-1059.

Pinton R., Cesco S., Iacoletti G., Astolfi S.,  Varanini Z., 1999. Modulation of NO3- uptake by water extractable humicsubstances involvement of root plasma membrane H+-ATPase. Plant and Soil 215, 155-161

Quaggiotti S., Ruperti B., Pizzeghello D., Francioso O., Tugnoli V.,  Nardi S., 2004. Effects of low molecular size humicsubstances on nitrate uptake and expression of genes involved in nitrate transport in maize Zea mays L. J Ex Bot. 398.803-813.

Sarli G., De Lisi A., Montesano V., Schiavione D., 2009. Evaluation of Biostimulating Products on Strawberry inSouthern Italy. Acta Hort. 842, 805–808.

Sparks E., Wachsman., Benfey PN., 2013. Spatio temporal signalling in plant development. Nature ReviewsGenetics14,631–644

Stahl Y., Wink RH., Ingram GC., and Simon R., 2009. A signaling module controlling the stem cell niche in Arabidopsisroot meristems. Curr.Biol. 19, 909–914.

Vaccaro S., Ertani A., Nebbioso A., Muscolo A., Quagiotti S., Piccolo A., Nardi S., 2015. Humic substances stimulatemaize nitrogen assimilation and amino acid metabolism at physiological and molecular level CBTA 2:5

Varanini  Z., Pinton, R., 1995. Humic substances and plant nutrition.  Luttge, U., (Ed.), Progress in Botany, vol. 56.Springer, Berlin, pp.97 – 117.

Varanini Z., Pinton R., 2001. Direct versus indirect effect of soil humic substances on plant growth and nutrition. In.Pinton, R.,Varanini, Z., Nannipieri, P. Eds. The Rizosphere. Marcel Dekker, Basel, pp. 141-158.

Vera J., Castro J., Gonzales A., Moenne A., 2011. Seaweed Polysaccharides and Derived Oligosaccharides StimulateDefense Responses and Protection Against Pathogens in Plants. Mar Drugs. 2011 Vol.  9(12): 2514–2525.Vernieri P., Malorgio F., Tognoni F., 2002. Use of biostimulants in production of vegetable seedlings. Colture-Protette31(1): 75-79.

Walch-Liu P., Liu L.H., Remans T., Tester M., Forde B.G., 2006. Evidence that L-glutamate can act as an exogenoussignal to modulate root growth and branching in Arabidopsis thaliana. Plant Cell. Physiol. 47, 1045–1057

Yamada M., Sawa S., 2013. The roles of peptide hormones during plant root development.Current Opinion in Plant Biology  16:56–61

Yu P., White PJ., Hochholdinger F.,Li C. 2014. Phenotypic plasticity of the maize root system in response toheterogeneous nitrogen availability. Planta 240:667–678

Zhang X., Ervin EH., Schmidt RE. 2003. Effects of liquid application of a seaweed extract and a humic acid on creepingbentgrass (Agrostis palustris Huds. A.). J. Amer. Soc. HortSci. 128:492-496

Zhou Z., Zhou J., Li R., Wang H., Wang J., 2007. Effect of exogenous amino acids onCu uptake and translocation in maize seedlings. Plant Soil 292, 105–117.Zhou W., Wei L., Xu J., Zhai Q., Jiang, H., Chen R., et al., 2010. Arabidopsis tyrosyl protein sulfo transferase acts in theauxin/PLETHORA pathway in regulating post embryonic maintenance of  the root stem cell niche. Plant Cell 22, 3692–3709. 075721