High temperature during anthesis affects the salinity tolerance of quinoa under field conditions

Negli aridi paesaggi del Medio Oriente e dell'Asia Centrale, dove il suolo è spesso salino e l'aria è secca, gli agricoltori affrontano una scelta difficile: coltivare cibo o guardare la terra andare a maggese. Per decenni, il mondo si è affidato a una manciata di colture base come il grano e il riso per nutrire la sua popolazione, ma queste piante sono fragili quando il terreno è salino o l'aria è troppo calda. Mentre il clima cambia e le temperature aumentano, la ricerca di un'alternativa resiliente si è rivolta verso un umile seme delle Ande: la quinoa. Questa pianta non è solo una fonte di proteine e nutrienti; è una sopravvissuta. Prospera in condizioni difficili dove altre colture falliscono, tollerando un suolo salino che ucciderebbe un campo di grano. Gli scienziati sanno da tempo che la quinoa può gestire il sale, ma hanno faticato a prevedere esattamente quanto possa tollerare nel mondo reale, specialmente quando il tempo si ritorna contro di lei. La domanda non è più solo se la quinoa possa crescere in un suolo salino, ma se possa sopravvivere al doppio colpo del sale e del calore estremo, una combinazione che sta diventando sempre più comune nelle regioni in cui questa coltura è più necessaria.

Per rispondere a questo, ricercatori in Iran si sono posti l'obiettivo di testare cinque diverse varietà di quinoa in reali condizioni di campo per due anni consecutivi. Hanno piantato i semi in un terreno franco-sabbioso sull'altopiano centrale, una regione nota per il suo clima impegnativo. Il team ha creato un ambiente controllato in cui potevano manipolare la salinità dell'acqua utilizzata per l'irrigazione, testando livelli che andavano dall'acqua dolce fino all'acqua salata come l'oceano. Hanno coltivato le piante per due intere stagioni, il 2017 e il 2018, per vedere come le colture si sarebbero comportate. Il primo anno è stato relativamente mite, ma il secondo anno ha portato una sorpresa: un periodo di caldo intenso durante il momento più critico per le piante, ovvero quando stavano fiorendo e riempiendo i loro semi di granella. Questa variazione naturale ha permesso agli scienziati di confrontare come le stesse piante reagivano al sale in un anno normale rispetto a un anno in cui il calore era severo.

I risultati hanno delineato un quadro chiaro dei limiti della pianta. Nell'anno più fresco del 2017, la quinoa si è comportata bene, producendo un raccolto sano anche in un suolo moderatamente salino. Le piante erano cresciute alte, i loro semi erano pesanti e hanno prodotto una quantità significativa di granella. Tuttavia, la storia è cambiata drasticamente nel 2018. Quando le alte temperature hanno colpito durante la fase di fioritura, la capacità delle piante di produrre semi è crollata. La resa media dei semi è scesa da quasi 400 grammi per metro quadrato nel primo anno a meno di 76 grammi per metro quadrato nel secondo. Il calore non ha solo ridotto la quantità di granella; ha cambiato le priorità della pianta. Invece di investire energia nella produzione di semi, le piante si sono concentrate sulla crescita di foglie e steli, risultando in una grande quantità di paglia ma pochissimo raccolto. I semi che si sono formati erano più piccoli e leggeri, e le piante sono diventate molto più sensibili al sale nel terreno.

Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che lo stress da calore ha alterato fondamentalmente il modo in cui la quinoa gestisce il sale. Nell'anno più fresco, le piante potevano tollerare alti livelli di salinità, con alcune varietà che producevano buone rese anche quando il suolo era piuttosto salino. Ma quando è arrivato il calore, la dinamica di tolleranza delle piante è cambiata. Il valore di soglia in cui la resa inizia a diminuire ha mostrato risultati misti sotto stress da calore; per alcuni genotipi come Sadoq, la soglia è aumentata, mentre per altri come NSRCQE, è diminuita. Tuttavia, la pendenza del declino della resa è diventata molto più ripida in generale; per ogni unità di sale aggiunta oltre la soglia, la resa è calata molto più velocemente nell'anno caldo rispetto a quello fresco. Essenzialmente, mentre il punto di partenza per lo stress variava a seconda della varietà, il danno inflitto dal sale è diventato molto più severo una volta raggiunto quel punto, rendendo le piante molto più fragili complessivamente. Lo studio ha dimostato che la sensibilità della quinoa alla salinità è aumentata significativamente quando combinata con lo stress da calore, particolarmente durante i periodi di fioritura e di riempimento del seme.

L'esperimento ha anche evidenziato che non tutte le varietà di quinoa sono uguali. Alcune linee, come quella chiamata Sadoq, hanno mostrato una maggiore capacità di produrre semi in entrambi gli anni, sebbene anche questa varietà resiliente abbia subito un massiccio calo di resa durante l'anno caldo. Altre varietà erano meno costanti, con alcune che si comportavano bene in un anno e male nell'altro. I ricercatori hanno osservato che la capacità delle piante di produrre semi grandi era particolarmente vulnerabile al calore, con la percentuale di semi grandi che è diminuita di quasi un quarto nell'anno caldo. Questa inconsistenza suggerisce che piantare semplicemente la quinoa in regioni saline non è una soluzione garantita. Il momento della semina e la specifica costituzione genetica del seme contano tanto quanto le condizioni del suolo.

Le conclusioni offrono una lezione severa per l'agricoltura in un mondo che si riscalda. Sebbene la quinoa rimanga una coltura promettente per i suoli salini, il suo successo non è assoluto. Non è una bacchetta magica capace di ignorare il meteo. Lo studio dimostra che le alte temperature durante la fase di fioritura possono interrompere il processo riproduttivo della pianta, causando l'aborto dei semi o la produzione di semi minuscoli e leggeri. Questa interruzione avviene perché il calore interferisce con l'impollinazione, un processo che si basa su intervalli di temperatura specifici. Quando l'aria è troppo calda, la capacità della pianta di trasformare la luce solare e i nutrienti in granella è compromessa, e il sale nel terreno diventa un fattore molto più dannoso. I ricercatori hanno concluso che, per rendere la quinoa una fonte di cibo affidabile in questi ambienti ostili, agricoltori e selezionatori devono concentrarsi sulla scelta di varietà che siano meno sensibili al calore durante la fioritura e devono regolare le date di semina per evitare le parti più calde della stagione. Senza questi aggiustamenti, la promessa della quinoa come coltura resiliente al clima potrebbe rimanere incompiuta proprio nelle regioni che ne hanno più bisogno.