Blog

Jun 14, 2023

Struttura

Scientific Reports volume 6,

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 20798 (2016) Citare questo articolo

4989 accessi

98 citazioni

Dettagli sulle metriche

La conoscenza della relazione struttura-proprietà-funzione delle sostanze umiche (HS) è fondamentale per comprendere il loro ruolo nel suolo. Nonostante i progressi, gli studi su questo argomento sono ancora in discussione. Abbiamo analizzato 37 frazioni umiche rispetto alla loro composizione isotopica, caratteristiche strutturali e proprietà responsabili della stimolazione dei parametri delle radici delle piante. Abbiamo dimostrato che, indipendentemente dalla fonte di origine del carbonio (C3 o C4), gli HS estratti dal suolo e gli acidi umici (HA) sono strutturalmente simili tra loro. La frazione HS più labile e funzionalizzata è responsabile dell’emissione radicale, mentre la frazione HA più recalcitrante e meno funzionalizzata è correlata alla crescita radicale. Le strutture labili promuovono la stimolazione delle radici a concentrazioni più basse, mentre le strutture recalcitranti richiedono concentrazioni più elevate per promuovere uno stimolo simile. Questi risultati mostrano che la labilità e la recalcitranza, che sono proprietà derivate delle frazioni umiche, sono correlate al tipo e all’intensità della loro bioattività. In sintesi, il confronto delle frazioni umiche ha consentito una migliore comprensione della relazione tra la fonte di origine del carbonio vegetale e la struttura, le proprietà, il tipo e l'intensità della bioattività degli HS nelle piante. In questo studio vengono unificati i concetti scientifici e stabilite le basi per l’uso agronomico degli HS.

Le funzioni della materia organica disciolta (DOM) nei suoli, in particolare delle sostanze umiche (DOM-HS), sono ben stabilite1,2,3,4. Diversi studi dimostrano che i DOM-HS regolano i processi metabolici legati alla crescita delle piante, in particolare l’emissione e la crescita del sistema radicale5,6,7,8,9,10,11,12. La capacità degli HS di innescare stimoli nel metabolismo delle piante è direttamente correlata alla loro struttura. Gli HS estratti dai suoli e con predominanza strutturale di carboni –CH3 e –COOH stimolano il metabolismo del carbonio nelle piante di Pinus nigra13, mentre i carboni appartenenti alle strutture della lignina e i gruppi –COOH negli acidi umici del vermicompost (HA) sono correlati positivamente con l'emissione di radici laterali in piante di mais14.

Le proprietà legate alla struttura degli HS sono legate anche alla loro bioattività. Gli HA isolati da materiali compostati strutturalmente arricchiti in gruppi carbossilici (–COOH) e strutture idrofobiche hanno stimolato la crescita delle radici nelle piante di mais15, mentre le strutture idrofobiche negli HS estratti dal vermicompost sono responsabili della stimolazione delle pompe protoniche nelle radici16. Zancani et al.17 hanno dimostrato che la moltiplicazione cellulare embriogenica deriva dall'idrofilicità e dalle conformazioni labili degli acidi fulvici estratti dal terreno, e García et al.18,19 hanno dimostrato che le strutture alifatiche e ossigenate negli HA vermicompost sono correlate agli effetti protettivi sulle piante di riso sottoposti a stress idrico.

Gli studi sulla relazione struttura-proprietà-funzione degli HS nelle piante sono di grande importanza per comprenderne le modalità di azione e l'utilizzo pratico. Questo studio mirava ad indagare la relazione tra la struttura delle frazioni umiche provenienti da suoli e materiali compostati e le proprietà che regolano e definiscono la bioattività a livello radicale nelle piante di riso.

In questo studio sono state caratterizzate un totale di 37 frazioni umiche (HS, HA e Humins-Hus) derivate da Histosols da diverse fonti e materiali compostati utilizzando metodi isotopici, chimici e spettroscopici (analisi elementare, spettroscopia ultravioletto-visibile [UV-vis], Spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier [FTIR] e polarizzazione incrociata del carbonio-13 – risonanza magnetica nucleare con rotazione dell'angolo magico [13C-CP/MAS-NMR]). Sono stati utilizzati metodi chemiometrici per mettere in relazione le proprietà con i diversi parametri radicali nelle piante. Discutiamo anche la relazione tra il tipo e l'intensità della bioattività vegetale e l'origine del carbonio vegetale, le caratteristiche strutturali e le proprietà di recalcitranza e labilità.