Tripathi P., Subedi S., Khan A.L., Chung Y.-S., Kim Y.
Silicon Effects on the Root System of Diverse Crop Species Using Root Phenotyping Technology
Plants 2021, 10, 885; https://doi.org/10.3390/plants10050885
La rassegna sintetizza l’influenza del silicio (Si), elemento utile per le piante e presente nel suolo, su morfologia e architettura radicale. Inoltre, vengono riassunte informazioni su metodi e strumenti utili allo studio degli effetti dell’applicazione del silicio a livello radicale. Le radici sono organi chiave per la sopravvivenza e la gestione della pianta in condizioni di stress; il Si può migliorarne in maniera consistente i parametri morfo-fisiologici. A livello ipogeo, questo minerale favorisce la crescita e lo sviluppo radicale favorendo l’assorbimento di acqua e nutrienti e intervenendo anche in processi fisiologici e metabolici. Più in generale, il Si contribuisce direttamente e indirettamente a numerosi processi nell’intero organismo vegetale.
I meccanismi di assorbimento e traslocazione del Si nelle piante sono ancora poco noti e sono anche variabili tra i gruppi vegetali e le concentrazioni di Si applicate. Solo alcune specie sono considerate accumulatrici, altre non accumulano silicio o lo escludono a livello radicale, altre hanno un’attitudine intermedia. L’acquisizione dell’elemento può avvenire per via passiva o attiva per mezzo di trasportatori. In specie accumulatrici, come riso e cetriolo, sono stati identificati dei trasportatori a livello radicale ed epigeo che consentono l’assorbimento, il caricamento del Si nello xilema e la sua traslocazione ad altri organi. Il Si accumulato può stimolare la produzione di metaboliti vegetali, tra cui anche ormoni quali le auxine, che a loro volta favoriscono la crescita radicale. Piante trattate con Silicio hanno mostrato incrementi nei parametri morfologici radicali (tabelle illustrative nell’articolo) con conseguente beneficio per l’intera pianta. Un altro importante contributo dell’elemento riguarda la mitigazione di stress da metalli pesanti, come cadmio e nichel, anche a livello radicale, evitando la riduzione di biomassa e di funzionalità radicale; inoltre, esso può anche intervenire nella riduzione dell’assorbimento dei metalli pesanti a livello radicale.
In virtù dell’utilità dell’applicazione di Si e della difficoltà dell’analisi dell’apparato radicale per studiarne gli effetti, nella rassegna vengono suggeriti i più comuni metodi per le misurazioni. Tra i principali tratti morfologici ci sono diametro e lunghezza della radice, area dell’apparato radicale, volume degli apici e crescita laterale, che sono analizzati su base bidimensionale. I tratti architetturali più impiegati sono configurazione spaziale dell’apparato radicale nel substrato, angolo delle radici, formazione delle radici laterali, volume del suolo esplorato, ad esempio, che sono analizzati a livello tridimensionale. I metodi basati sull’analisi dell’immagine e delle tecnologie di machine learning sono attualmente i metodi più comuni per la misurazione di questi parametri e quindi degli effetti del Si sulla radice. Tra essi figurano: la scannerizzazione delle radici analizzata per mezzo del sistema di analisi di immagine WinRHIZO (Regent Instruments, Inc., Sainte-Foy, QC, Canada), che valuta anche topologia e colore; endoscopia; raggi x, risonanza magnetica, 2D imaging, 3D imaging. Uno degli approcci più usati per l’analisi dell’immagine acquisita è la segmentazione della stessa e conseguenti misurazioni, effettuate in maniera semiautomatica oppure implementando un’analisi basata sul deep learning. Tecniche di 3D non sono adatte all’impiego in campo a causa del loro costo e sono quindi meno usate a vantaggio delle tecniche di 2D imaging.
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