Effetto dell'acido citrico sul potenziale di fitoestrazione delle piante di Cucurbita pepo, Lagenaria siceraria e Raphanus sativus esposte a molteplici

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13070 (2023) Citare questo articolo

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La fitoestrazione è una tecnica innovativa che prevede l’utilizzo di piante per rimuovere i metalli pesanti dai terreni contaminati. È stato progettato un esperimento in vaso all'aperto per valutare il potenziale di fitoestrazione di tre specie vegetali Cucurbita pepo, Lagenaria siceraria e Raphanus sativus in terreno contaminato da più metalli (Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn) sotto l'applicazione di acido citrico. I risultati hanno mostrato che Raphanus sativus, tra tutte le piante studiate, aveva il peso secco delle radici e dei germogli più alto e la capacità di accumulare tutti i metalli pesanti a concentrazioni più elevate ad eccezione del Cu. L’applicazione di acido citrico nel terreno inquinato ha aumentato significativamente la crescita delle piante, la biomassa e l’assorbimento di metalli pesanti. Elevati valori di bioconcentrazione indicano che Raphanus sativus è una pianta promettente per l'assorbimento e l'accumulo di Cd e Ni dal suolo. I valori massimi di bioconcentrazione sono stati osservati anche mediante l'applicazione di acido citrico. I valori di traslocazione del metallo dalla radice al germoglio variavano a seconda della specie vegetale e dell'applicazione di acido citrico. Per quanto riguarda la biomassa, il contenuto di metalli e i valori percentuali di rimozione dei metalli, è apparso evidente che la pianta di Raphanus sativus era la coltura più efficace nella rimozione dei metalli pesanti dal suolo contaminato da più metalli. In generale, questi risultati sottolineano che l’applicazione di acido citrico potrebbe essere un approccio utile per assistere la fitoestrazione di Cd e Ni da parte delle piante di Raphanus sativus. Quando queste piante vengono coltivate come colture orticole, si dovrebbe prestare maggiore attenzione alla valutazione del contenuto di metalli pesanti in esse, soprattutto quando si aggiunge acido citrico al terreno attraverso sistemi di fertirrigazione per evitare la contaminazione della catena alimentare.

I metalli pesanti hanno contaminato i terreni agricoli in molte parti del mondo. Ciò è dovuto alle moderne pratiche agricole. Varie attività agricole come l'uso di fertilizzanti organici e inorganici, l'applicazione di quantità eccessive di pesticidi e l'irrigazione con acqua di bassa qualità sono state considerate come le principali fonti di contaminazione da metalli pesanti nei terreni agricoli1,2. L’accumulo di metalli pesanti nel suolo agricolo può comportare il degrado della qualità del suolo e delle acque sotterranee3. Questi possono minacciare la produttività delle colture e la salute umana lungo tutta la catena alimentare4,5. Pertanto, è fondamentale bonificare i metalli pesanti nei terreni agricoli. Sono stati sviluppati vari approcci per risolvere questo problema ambientale6.

L'uso di piante specializzate e altamente adattate per assorbire, trasportare e accumulare metalli pesanti nella biomassa degli organi prelevabili dal suolo contaminato è noto come fitoestrazione7,8. La fitoestrazione ha recentemente guadagnato popolarità grazie al suo rapporto costo-efficacia e alla sua natura benefica per l'ambiente6. Tuttavia, l’efficienza dell’assorbimento e della traslocazione dei metalli pesanti verso le parti raccogliebili può variare a seconda delle specie vegetali, del tipo di terreno e delle condizioni ambientali9,10,11.

Sebbene esistano 400 specie di iperaccumulatori di metalli (specie con la capacità di accumulare quantità significative di metalli dal suolo circostante nei loro tessuti aerei) e siano stati ampiamente studiati per la fitoestrazione dei metalli, il loro utilizzo per la fitoestrazione di terreni inquinati da metalli presenta sfide perché delle loro piccole dimensioni, della bassa produzione di biomassa e della mancanza di una coltivazione consolidata, di una gestione dei parassiti o di altre pratiche di gestione12,13. Per superare queste restrizioni, c’è molto interesse nella ricerca e nello sviluppo di iperaccumulatori ad alta biomassa a crescita rapida, con tolleranza a pH e sale elevati e resistenza a malattie e parassiti, nonché nello studio e nell’implementazione di migliori pratiche agronomiche per migliorare l’efficacia del fitorisanamento12, 14.

Le piante sono state divise in tre categorie in base alla loro capacità di assorbire i metalli pesanti15: basso accumulo (ad esempio, Leguminosae), medio accumulo (ad esempio, Cucurbitaceae) e alto accumulo (ad esempio, Brassicaceae). La famiglia delle Brassicaceae possiede il maggior numero di specie iperaccumulatrici, rappresentando circa un quarto di tutti gli iperaccumulatori conosciuti16,17. La capacità di fitodepurazione di varie piante di Brassicaceae come il ravanello (Raphanus sativus L.) è stata ampiamente studiata. Poiché il ravanello è una pianta iperaccumulatrice in grado di concentrare i metalli pesanti nelle sue varie parti, è utile per la bonifica di aree contaminate18,19,20. L'estrazione del metallo dal terreno da parte del ravanello avviene fino ad una certa concentrazione, dopodiché la velocità di fitoestrazione del metallo o il coefficiente di bioaccumulo diminuisce all'aumentare della concentrazione del metallo19. Poiché il ravanello può essere seminato fino a cinque volte all’anno e produrre fino a 20 t ha−1, può essere utilizzato per bonificare il terriccio inquinato da piombo (0–10 cm)18. Sebbene gli studi di fitoestrazione con il ravanello abbiano ottenuto risultati promettenti in terreni monometallici, gli effetti sinergici di questa pianta con ligandi chelanti in ambienti multimetallici hanno ricevuto molti meno studi.