Zhao, J., Lu, C., Tariq, M., Xiao, Q., Zhang, W., Huang, K., Lu, Q., Lin, K., & Liu, Z.

The response and tolerance mechanisms of lettuce (Lactuca sativa L.) exposed to nickel in a spiked soil system.

Chemosphere 2019, 222, 399–406. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.119

Il nichel (Ni) è un elemento necessario per alcune funzioni fisiologiche delle piante, ma può diventare tossico se presente in elevate concentrazioni nel suolo a causa di attività umane come la combustione di combustibili fossili e l’estrazione di metalli. Questo studio si concentra sugli effetti del Ni sulla lattuga (Lactuca sativa L.), una pianta sensibile ad elevate concentrazioni di Ni e utilizzata come indicatore biologico, con l’obiettivo di comprendere i rischi associati alla contaminazione da Ni e il potenziale per il fitorisanamento.

Nell’attività di ricerca sono stati raccolti dall’Università di Scienze e Tecnologia della Cina orientale campioni di suolo contaminati con differenti concentrazioni di Ni (50, 100, 200, 400 e 600 mg/kg). Le piante di lattuga sono state coltivate in questi terreni per 42 giorni. Durante il periodo di crescita, sono state misurate la biomassa, le concentrazioni di Ni nei tessuti (radici e cespi), le forme chimiche di Ni presenti nei tessuti e le attività di alcuni enzimi antiossidanti. Inoltre, è stata studiata l’espressione del gene GST 23-like (glutatione transferasi), associato alla resistenza ai metalli.

Dallo studio è emerso che: a) l’accumulo di Ni è risultato molto più elevato nelle radici rispetto alle foglie, con una concentrazione di Ni nelle radici sei volte superiore rispetto alle foglie nelle piante cresciute con 600 mg/kg di Ni nel suolo. I fattori di traslocazione (TF), che misurano il trasferimento di Ni dal suolo alle radici (TFsoil-root) e dalle radici alle foglie (TFroot-shoot), hanno messo in evidenza una significativa diminuzione logaritmica con l’aumento della concentrazione di Ni nel suolo, riflettendo una ridotta traslocazione di Ni dalle radici ai germogli e un accumulo preferenziale nelle radici; b) l’analisi delle forme chimiche del Ni nella lattuga ha mostrato una maggiore concentrazione di Ni nelle radici rispetto alle foglie. Le forme NiE (etanolo) e NiNaCl (cloruro di sodio) sono risultate predominanti sia nelle radici che nelle foglie, indicando che il Ni si lega principalmente a cloruri, nitrati, acidi organici e pectine. Le forme meno mobili, come NiHAc (acetato) e NiHCl (acido cloridrico), aumentano con l’incremento della concentrazione di Ni nel suolo; c) a basse e medie concentrazioni di Ni (fino a 200 mg/kg), non si sono osservati cambiamenti significativi nell’attività enzimatica. Tuttavia, a concentrazioni più elevate di Ni (400 e 600 mg/kg) l’attività degli enzimi è aumentata notevolmente, specialmente nelle radici, dove l’attività della POD (perossidasi) è risultata essere 2,8 volte maggiore rispetto al controllo nel trattamento con 600 mg/kg di Ni. Questo aumento dell’attività enzimatica indica una risposta della pianta per limitare il danno ossidativo causato dal Ni; d) il contenuto di malondialdeide (MDA), un indicatore del danno ossidativo alle membrane cellulari, è aumentato significativamente nelle radici esposte a elevate concentrazioni di Ni, mentre nei germogli l’MDA è stato ridotto rispetto al controllo. Questo suggerisce che le radici subiscono un maggiore stress ossidativo rispetto alla parte aerea; e) l’espressione del gene GST 23-like, associato alla resistenza ai metalli, è diminuita in modo significativo alle concentrazioni di Ni inferiori a 200 mg/kg. Tuttavia, a concentrazioni superiori (400 e 600 mg/kg), l’espressione di GST 23-like ha mostrato un aumento rispetto ai livelli più bassi di Ni, indicando una possibile attivazione dei meccanismi di difesa della pianta a concentrazioni più elevate di Ni. Questo andamento è stato anche correlato positivamente con l’aumento delle concentrazioni di glutatione S-transferasi (GST), indicando che il cambiamento dell’espressione del gene GST 23-like era ben associato alla concentrazione di GST nella lattuga.

In conclusione, questo studio ha fornito nuove conoscenze sui meccanismi di risposta della lattuga alla contaminazione da Ni. I risultati suggeriscono che la lattuga adotta strategie multiple per tollerare il Ni, tra cui l’immobilizzazione del metallo in forme chimiche meno mobili e l’aumento dell’attività degli enzimi antiossidanti. Il gene GST 23-like e l’attività di GST possono essere utilizzati come indicatori sensibili per valutare la contaminazione da metalli pesanti nelle piante. Inoltre, lo studio sottolinea l’importanza di ulteriori ricerche su piante sensibili per comprendere meglio i rischi ambientali associati ai metalli pesanti e sviluppare strategie di fitorisanamento.