I 5.2 Effetti dei fitofarmaci sui microrganismi del suolo. La degradazione microbica dei fitofarmaci

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I  5. 2    Effetti dei fitofarmaci sui microrganismi del suolo

Il suolo è un sistema biologico in precario equilibrio, ed ogni disturbo dell’ambiente può determinare modificazioni dell’attività della microflora e conseguentemente della fertilità del suolo. Il crescente uso dei fitofarmaci, sebbene con l’intento di proteggere le colture, altera per azione diretta o indiretta, questo equilibrio per tempi brevi, medi o lunghi, in dipendenza se il prodotto agisce rapidamente o persiste per molto tempo nella sua forma iniziale o nelle sue forme metaboliche.

Una volta introdotta nell’ambiente, la molecola del fitofarmaco è sottoposta a processi di degradazione abiotica (fotolitica o chimica) e biotica o biologica. La degradazione fotolitica generalmente ha luogo quando la molecola del fitofarmaco è irradiata dalla luce solare, la degradazione chimica avviene quando la molecola è chimicamente instabile nelle condizioni ambientali in cui si trova, mentre la degradazione biotica, definita con il termine “biodegradazione”, è quella dovuta alle trasformazioni ad opera degli organismi viventi. Prove condotte in suoli sterili e non sterili hanno evidenziato che tra i processi degradativi nel suolo quello ad opera dei microrganismi è la fonte primaria di trasformazione o degradazione dei fitofarmaci rispetto ai meccanismi fisici e chimici. L’importanza dei microrganismi non è però sorprendente, poiché la diversità e la non unicità delle loro attività metaboliche li rende capaci di prosperare in nicchie ecologiche che sono altrimenti inospitali.

Pertanto, i microrganismi sono agenti chiave nella degradazione di una vasta gamma di molecole organiche in ecosistemi terrestri ed acquatici. Alcuni fitofarmaci sono resistenti alla degradazione  microbica e persistono per tempi lunghi nell’ambiente, altri sono invece trasformati in intermedi, che occasionalmente possono avere tossicità maggiore del prodotto di partenza.

Come misurare gli effetti sui microrganismi

Per misurare l’impatto di un fitofarmaco sui microrganismi si possono adottare tecniche dirette o indirette. In particolare si può procedere con una delle seguenti metologie:

·Metodo diretto: si effettua con un microscopio in una sospensione di suolo dopo trattamento. Con tale tecnica risulta difficile distinguere fra microrganismi vivi e morti, in quanto quelli morti non possono essere contati per la caratterizzazione del livello biologico di un suolo.

·         Misura dell’attività della microflora e della sua attività biologica totale. Le tecniche per determinare l’attività totale possono essere:

ü  Dirette:

Misura dell’attività biologica :  consiste nel valutare la rapidità con cui i microrganismi del suolo crescono in un mezzo usato per la conta in presenza di un substrato specifico.

Misure cinetiche di degradazione del substrato: tutte queste cinetiche sono effettuate incubando, in condizioni ottimali di temperatura ed umidità, un fitofarmaco direttamente con il suolo stesso.

Misure di respirazione totale del suolo:  vengono effettuate misurando l’ossigeno assorbito o la CO2prodotta.

Misure di radioattività: la tecnica radiorespirometrica rappresenta un valido e pratico metodo per la misura della velocità di mineralizzazione dei substrati marcati con 14C.

ü  Indirette, ovvero che misurano l’attività enzimatica del suolo e le misure di biomassa. Esempi sono la misura di:

v  flusso di CO2sviluppato dopo la fumigazione del suolo con CHCl3;

v  ATP;

v  acido mumarico;

v  chitina;

v  acidi nucleici.

 

 

I  5.2.   La degradazione microbica dei fitofarmaci

In natura la degradazione microbica dei fitofarmaci può essere dovuta a:

  • metabolismo diretto (degradazione microbiologica diretta):
  •  reazione secondaria dovuta ad un effetto indiretto dei microbi sull’ambiente chimico e fisico.

La degradazione microbiologica diretta dei fitofarmaci è considerato il meccanismo primario di trasformazione biologica. Alcuni meccanismi di trasformazione microbica sono unici e non possono essere trovati in altri organismi.
I processi in cui sono coinvolti le trasformazione microbiologiche dei fitofarmaci sono:

v  la biodegradazione;

v  il cometabolismo;

v  la polimerizzazione;

v  l’accumulazione;

v  fattori ambientali specifici.

La biodegradazione rappresenta l’aspetto più interessante e ambientalmente più importante della degradazione di un fitofarmaco ad opera dei microrganismi del suolo. in questo caso il  fitofarmaco viene utilizzato direttamente da uno o più microrganismi, e viene metabolizzato in CO2 ed in altri composti inorganici. Allo stesso tempo, i microrganismi ne ricavano l’energia necessaria per crescere.

Nel cometabolismo i microrganismi sono capaci di trasformare un fitofarmaco senza però derivarne alcun nutrimento od energia per svilupparsi.
Il cometabolismo generalmente non da una degradazione elevata, ma è possibile che partecipino alla degradazione diversi microrganismi con modalità diverse. Quindi è possibile che vengano generati prodotti intermedi che possono essere sia un substrato di crescita per altri organismi come un prodotto con tossicità maggiore per l’ambiente.

La polimerizzazione è un processo di unione ossidativa in cui uno o più fitofarmaci o loro intermedi si combinano tra loro o con altri prodotti naturali fino a formare delle macromolecole.

Un altro metodo di degradazione è rappresentato dall’accumulo,in questo caso i fitofarmaci vengono accumulati all’interno di microrganismi. Il processo di assorbimento dei fitofarmaci è un processo di tipo fisico passivo piuttosto che un vero processo metabolico attivo. La velocità di accumulo dipende dal tipo e dalla concentrazione del fitofarmaco nel suolo e dal tipo di organismo.
Questo metodo mostra seri limiti in quanto molti microrganismi sono a loro volta importanti risorse alimentari per altri organismi e quindi l’inquinamento si trasferisce lungo la catena alimentare.

Ci sono infine fattori specifici al particolare sistema fitofarmaco / microrganismi / suolo che non è riproducile in laboratorio. In questo caso conta:

  •  struttura, concentrazione e trattamento del fitofarmaco;
  •  umidità, temperatura, sostanza organica, argilla, pH e struttura del suolo;
  •  numero, attività specifica e metabolismo/cometabolismo dei microrganismi presenti.

Un fitofarmaco può essere mineralizzato da un singolo microrganismo o da più microrganismi. È comune infatti la degradazione di un fitofarmaco da parte di diversi tipi di microrganismi che possono lo attaccare simultaneamente. La completa degradazione di alcuni fitofarmaci può richiedere una vera e propria comunità di organismi che soltanto operando sequenzialmente sono in grado di ottenere la totale degradazione.

Inoltre i fattori ambientali influiscono sulla velocità di degradazione, infatti generalmente in pieno campo la degradazione di un fitofarmaco può essere più lenta, come è pure più lenta in suoli collinari secchi piuttosto che in aree umide. La biodegradazione dipende anche dalla temperatura, infatti è più bassa nei climi freddi piuttosto che nelle zone temperate o tropicali ed inoltre la velocità decresce con la profondità.

 

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