Molecole che fungono da coperta termica per proteggere le piante dalle ondate di freddo
Alcune piante soffrono notevolmente quando esposte a ondate di freddo; di conseguenza, migliorarne la resistenza a queste condizioni può incrementare la produttività, allungare la stagione di crescita e consentire alle colture di crescere in aree in cui si trovavano precedentemente a rischio a causa dei danni provocati dal gelo. Su scala più ampia, ciò potrebbe aumentare la sicurezza alimentare. Il progetto BoostCrop, finanziato dall’UE, ha identificato molecole naturali che producono calore da applicare alle colture in campo. «Li chiamiamo riscaldatori molecolari; sono paragonabili a coperte termiche che proteggono il raccolto dalle improvvise ondate di freddo», spiega Vasilios Stavros, coordinatore del progetto e docente di chimica fisica presso l’Università di Birmingham nel Regno Unito. «Abbiamo identificato una molecola specifica nelle piante che è in grado di assorbire la luce in determinate regioni dello spettro non interferendo con la fotosintesi vegetale. La pianta, quindi, converte l’energia luminosa in calore, successivamente distribuito alle foglie. «Questa era la nostra molecola naturale di partenza. Sapevamo che era atossica e, partendo da essa, abbiamo pensato di provare a progettare nuove molecole da integrare in uno spray fogliare.»
Molecole termiche bioispirate per la crescita delle piante
Chimici, fisici e biologi si sono riuniti con una PMI attiva in ambito agrotecnologico. Con l’aiuto di un chimico che si è concentrato sulla creazione di molecole ispirate alla natura, il team ha valutato quali nuove molecole fosse possibile progettare al fine di convertire la luce in calore sulle foglie in modo migliore. Avvalendosi di una combinazione di chimica sintetica verde, spettroscopia e modellizzazione teorica, il team ha sviluppato diverse nuove molecole e le ha testate in condizioni simulate in una camera di crescita.
Restringere le potenziali molecole candidate
«Abbiamo dimostrato con successo in laboratorio che, in seguito all’applicazione della molecola e in presenza di radiazioni UV-A/B, si è verificato un significativo aumento termico sia a livello di foglia che di intera pianta», osserva Stavros. «Abbiamo scoperto che la rapida conversione dell’energia delle molecole in calore è fondamentale per garantire un’efficace tecnologia di riscaldamento molecolare.» Un precedente progetto finanziato dall’UE, NatuCrop, ha esaminato la protezione naturale delle colture contro il calore e altri fattori di stress allo scopo di migliorarne la resa. Tuttavia, Stavros spiega che alcuni potenziali riscaldatori molecolari si sono rivelati quasi impossibili da sintetizzare in laboratorio, mentre altri sono risultati tossici e hanno dovuto essere scartati; di conseguenza, le nuove molecole candidate che hanno superato tutti i test di sicurezza iniziali sono state solamente tre. Le molecole candidate dovevano essere formulate in un prodotto spruzzabile sulle piante, che potesse essere distribuito uniformemente lungo la foglia senza formare bolle. La formulazione doveva inoltre assicurare stabilità per circa 2 anni in un contenitore, ma alcune molecole candidate si disgregano o si degradano dopo 2 o 3 ore di irradiazione, il che le rende inutili sul campo.
Testare le colture sul campo
Dopo gli esperimenti in laboratorio, le molecole candidate sono state testate sul campo con piante di pomodoro, cetriolo e lattuga in Spagna e con frumento marzuolo, mais e barbabietola da zucchero in Germania. Nel corso di lunghe settimane di esperimenti, i biologi hanno monitorato le molecole capaci di generare la maggiore variazione di temperatura. Le prove sul campo sono state influenzate dalla pandemia di COVID-19, in quanto il team ha dovuto svolgerle in un particolare periodo dell’anno caratterizzato dal possibile verificarsi di danneggiamenti da gelo. Afferma Stavros: «La COVID ci ha fatto perdere due stagioni di crescita.» Ciononostante, durante queste prove si è notato un aumento della resa pari o superiore a quello ottenuto con l’impiego dei biostimolatori disponibili in commercio. Secondo quanto osservato da Stavros, entro la fine del progetto quinquennale «siamo riusciti a sintetizzare fino a un chilogrammo di molecola di interesse e a condurre con successo varie prove sul campo, il che è davvero incredibile». La prossima fase del progetto è quella della commercializzazione: l’analisi preliminare dei costi dimostra che è fattibile, aggiunge il docente, concludendo.
Parole chiave
BoostCrop, resilienza, molecola naturale, chimico verde, spettroscopia, danni da gelo, coltura, resa
