Selenium nanoparticles as slow-release fertilizers for mustard plants
Questo studio dimostra che le nanoparticelle di selenio biogeniche prodotte da *E. coli* e da fanghi granulari anaerobici fungono da efficaci fertilizzanti a rilascio lento per la senape indiana, riducendo significativamente le perdite per lisciviazione del selenio rispetto agli ossianioni convenzionali, garantendo al contempo una biodisponibilità sostenuta per l'assorbimento da parte della pianta.
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Il selenio è un nutriente minuscolo che svolge un ruolo enorme nella salute umana, agendo come un aiuto vitale per la riproduzione, la funzione muscolare e la difesa del corpo contro i danni. Eppure, nonostante la sua importanza, milioni di persone in tutto il mondo non ne assumono abbastanza perché il suolo nelle loro regioni ne è privo. Gli agricoltori hanno da tempo cercato di rimediare aggiungendo selenio al terreno, ma il metodo tradizionale per farlo è profondamente fallace. I comuni sali chimici utilizzati a questo scopo si sciolgono istantaneamente in acqua. Quando piove o quando i campi vengono irrigati, questi sali vengono portati via dall'acqua prima che le piante possano utilizzarli, trasportando il nutriente nei fiumi e nelle acque sotterranee dove può danneggiare la fauna selvatica. Ciò lascia il suolo impoverito e l'ambiente inquinato, creando un ciclo in cui il fertilizzante non riesce ad alimentare le colture o le persone che le mangiano.
Ricercatori dell'Indian Institute of Technology Delhi e dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Germania hanno esplorato una strada diversa, una che trasforma un prodotto di scarto tossico in una fonte di nutrimento a rilascio lento per le piante. Invece di utilizzare sostanze chimiche disciolte, hanno utilizzato microrganismi per costruire piccole sfere solide di selenio. Queste sfere, note come nanoparticelle biogeniche, non sono solo puro selenio; sono avvolte in un rivestimento naturale di proteine e zuccheri prodotti dai microbi che le hanno create. Questo strato esterno agisce come un guscio protettivo, trattenendo il selenio all'interno e rilasciandolo lentamente nel tempo, proprio come una capsula a rilascio prolungato. Il team ha testato se queste sfere create dagli esseri viventi potessero rimanere nel suolo abbastanza a lungo da essere "mangiate" dalle piante di senape, una coltura a crescita rapida spesso utilizzata per studiare come le piante assorbono i nutrienti.
Per vedere se questa idea funzionasse, gli scienziati hanno prima creato queste sfere di selenio utilizzando due diversi tipi di microbi: un comune batterio chiamato E. coli e una miscela di microbi trovati nei fanghi degli impianti di trattamento delle acque reflue. Hanno accuratamente pulito le particelle risultanti per garantire che fossero pure e ne hanno esaminato la struttura. Hanno scoperto che l'E. coli produceva sfere più piccole, mentre i microbi dei fanghi ne producevano di più grandi, ma entrambi erano coperti dal rivestimento biologico protettivo che conferisce loro le sue proprietà uniche. I ricercatori hanno poi inserito queste particelle in vasi di terra e le hanno annaffiate regolarmente, imitando un vero ambiente agricolo. Hanno confrontato quanto selenio veniva lavato via dal suolo utilizzando queste nuove particelle rispetto ai tradizionali sali chimici a rapida dissoluzione.
I risultati sono stati sorprendenti. Quando il team ha utilizzato i sali tradizionali, la stragrande maggioranza del selenio — più del 60 percento per un tipo e oltre l'86 percento per l'altro — è stata portata via dal suolo e nell'acqua entro otto settimane. Al contrario, le sfere di selenio sono rimaste sul posto. Le particelle create da E. coli hanno trattenuto il 96,7 percento del selenio nel suolo, mentre quelle create dai fanghi hanno trattenuto il 91,7 percento. Il rivestimento protettivo ha avuto successo nel rallentare il rilascio, impedendo la perdita del nutriente nell'ambiente. Ciò significava che il selenio rimaneva disponibile nel terreno affinché le piante potessero trovarlo, invece di scomparire nel drenaggio.
Il team ha poi coltivato piante di senape indiana in questi vasi per vedere se le piante potessero effettivamente "mangiare" il selenio da queste sfere a rilascio lento. Dopo otto settimane, le piante erano cresciute significativamente più alte e avevano sviluppato radici più lunghe rispetto a quelle cresciute senza alcun selenio. Ancora più importante, le piante hanno assorbito con successo il selenio dalle sfere. Le piante di senape hanno assorbito circa il 28 percento del selenio fornito dalle sfere di E. coli e circa il 24 percento da quelle create dai fanghi. Mentre i sali chimici tradizionali venivano assorbiti rapidamente, venivano anche dispersi troppo velocemente per essere pienamente utilizzati. Le sfere, tuttavia, hanno fornito un apporto costante che le piante potevano accedere nel tempo. Lo studio ha dimostrato che il selenio non era solo bloccato nelle radici, ma veniva spostato verso i germogli e le foglie, che è dove sarebbe più utile per il consumo umano se queste piante fossero coltivate come alimento.
Questo lavoro suggerisce che l'uso di microbi per creare sfere di selenio potrebbe essere uno strumento potente per l'agricoltura. Offre un modo per fertilizzare le colture senza l'elevato costo ambientale del deflusso, mantenendo il nutriente nel suolo dove deve stare. I ricercatori hanno osservato che queste sfere sono meno tossiche delle alternative chimiche e potrebbero essere prodotte a basso costo utilizzando materiali di scarto. Trasformando un potenziale inquinante in una fonte costante di nutrimento, questo approccio affronta sia il problema della carenza di selenio negli esseri umani sia il problema dell'inquinamento da selenio nelle vie d'acqua. Lo studio non sostiene di aver risolto la crisi alimentare globale, ma fornisce una dimostrazione chiara e misurata che queste particelle create dagli esseri viventi possono rimanere nel suolo e nutrire le piante efficacemente, offrendo un'alternativa promettente ai vecchi e spreconi metodi di fertilizzazione.
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