Oltre i fertilizzanti industriali azotati

La produzione di cibo per l’intera popolazione mondiale si basa essenzialmente sui fertilizzanti industriali che contengono azoto. Secondo stime della FAO, l’organizzazione della Nazioni Unite per il Cibo e l’Agricoltura, per sostenere la produzione agricola globale servono 110 milioni di tonnellate di azoto ogni anno.

Il fertilizzante azotato si produce convertendo l’azoto dell’aria in ammoniaca, una forma di azoto che può essere utilizzata dalle piante. Questa conversione sostiene circa il 50% del fabbisogno alimentare mondiale ma è anche un processo che consuma grandi quantitativi di energia e che si stima responsabile di una quota tra l’1 e il 2% delle emissioni di anidride carbonica.

Inoltre per molti paesi poveri questi fertilizzanti sono troppo costosi per i piccoli agricoltori con la conseguenza di raccolti modesti ed una maggiore pressione sui terreni naturali. Da tempo si cerca una soluzione per ovviare alle conseguenze di questo quadro problematico. Una delle strade più interessanti è ispirarsi al metodo con il quale la natura stessa produce il fertilizzante azotato.

Le piante leguminose, come soia e fagioli, infatti producono da se il fabbisogno di azoto di cui necessitano. La fissazione dell’azoto atmosferico o azotofissazione consiste nella riduzione, tramite la nitrogenasi, dell’azoto molecolare (N₂) in azoto ammonico (NH₃). L’azoto ammonico è successivamente reso disponibile per molte importanti molecole biologiche quali gli amminoacidi, le proteine, le vitamine e gli acidi nucleici attraverso i processi di nitrificazione e nitratazione.

Questo processo nelle leguminose avviene a livello delle radici che interagiscono con i batteri del suolo. L’esempio più noto di simbiosi azotofissatrice è quello tra le Leguminose e il Rhizobium leguminosarum. I batteri del genere Rhizobium si insediano nelle radici dell’ospite, inducendo la formazione di tipici noduli radicali, e qui, dato che sono autotrofi solo per l’azoto, sottraggono diversi composti organici e sali minerali all’ospite stesso, cedendogli però in cambio composti azotati.

Questi scambi sono favoriti da particolari e caratteristici tessuti vascolari che si sviluppano proprio all’interno dei noduli radicali. Inoltre, quando la pianta muore (e con essa anche i batteri simbionti), le grandi quantità di composti azotati che si sono accumulate dentro tali microrganismi vengono rilasciate nel terreno che, perciò, riceve un apporto di azoto supplementare e certamente di gran lunga superiore a quello che può essere ottenuto dalla semplice degradazione dei soli tessuti vegetali morti.

I ricercatori hanno dimostrato che la formazione dei noduli (le officine di produzione dei fertilizzanti naturali) si basa su una stretta comunicazione molecolare tra i batteri del suolo e le radici dei legumi. Questo processo ha ispirato nuovi metodi per ingegnerizzare l’azotofissazione nelle piante non leguminose. Uno di questi metodi cerca di indurre le radici dei cereali ad interagire in simbiosi con i batteri che fissano l’azoto, imitando la comunicazione tra legumi e batteri.

Un altro approccio consiste nell’insegnare ai batteri del suolo che in natura colonizzano anche le radici dei cereali, ma non fissano l’azoto a produrre la nitrogenasi, un complesso enzimatico, appartenente alla classe delle ossidoreduttasi, che catalizza il processo di riduzione dell’azoto atmosferico, favorendo la sua fissazione da parte di specifici microrganismi.

Negli ultimi tempi si sono moltiplicati gli investimenti nella ricerca di metodologie per l’ingegnerizzazione dell’azotofissazione con l’obiettivo di giungere ad una produzione alimentare sempre più green e sostenibile.

Fonte:

alcune voci di Wikipedia

Le Scienze, gennaio 2022, ed. cartacea