Degradazione e valutazione degli effetti sui microrganismi di una miscela di erbicidi sulfonilureici

L’uso di miscele di erbicidi è una pratica agricola molto diffusa che offre molteplici vantaggi di tipo agronomico, economico e gestionale. È importante tuttavia notare come gli effetti sull’ambiente della presenza contemporanea di diverse molecole xenobiotiche non siano ancora del tutto noti.
Scopo di questa tesi è l’approfondimento di due aspetti in particolare: l’influenza della miscela sulla biodegradabilità dei due principi attivi che la compongono, e la tossicità nei confronti di organismi non target, quali la microflora del suolo.
Per la ricerca è stata scelta una miscela di due erbicidi appartenenti alla famiglia delle sulfoniluree, bensulfuron-metile (BSM) e metsulfuron-metile (MSM), presente in commercio per il diserbo post-emergenza del riso. La ricerca è stata condotta allestendo delle prove di degradazione dei due principi attivi in cometabolismo, sia singolarmente sia in miscela, in condizioni favorevoli (aerobiosi, 37°C, inoculo fanghi di depurazione), e in condizioni più simili alla realtà (anaerobiosi, 28°C, inoculo terra di bosco).
Al termine delle due prove, sono state studiate le cinetiche di degradazione e sono stati valutati gli effetti dei composti sulla biodiversità e l’attività microbica nei consorzi selezionati.
Per analizzare i consorzi selezionati da un punto di vista strutturale sono stati utilizzati due approcci differenti. Il primo è lo studio dei soli microrganismi coltivabili attraverso l’isolamento di colture pure mediante piastramento su terreno ricco, non selettivo e la successiva caratterizzazione degli isolati mediante test multipli di tipo fisiologico e biochimico. Il secondo tipo di approccio esclude il passaggio di crescita su terreno colturale e permette di studiare l’intera comunità microbica (frazioni coltivabile e non coltivabile). Fra le diverse possibilità offerte dalle moderne tecniche di biologia molecolare,sono state scelte: la PCR-DGGE e la citometria a flusso, ancora poco usata in microbiologia, che consente lo studio di cellule microbiche morfologicamente intatte per quantificarle e nello stesso tempo valutarne lo stato fisiologico.
Il primo studio di degradazione, condotto in condizioni di aerobiosi, per 92 giorni e alla temperatura di 37°C, utilizzando come inoculo un fango proveniente da un impianto di depurazione biologica, ha dato come risultato una degradazione totale del 76% per BSM e del 66% per MSM in singolo; in miscela, la degradazione dei due principi attivi è stata rispettivamente del 79% e del 59%.
Le tre colture miste degradanti selezionate (denominate Ben, Met, Mix) sono state messe a confronto con una coltura di controllo mai entrata in contatto con i principi attivi (Bio). Le analisi effettuate mediante PCR-DGGE hanno evidenziato alcune differenze nei bandeggi della comunità Bio rispetto alle altre; la valutazione della biodiversità attraverso il calcolo degli indici di Shannon e Simpson non ha invece mostrato differenze significative tra le quattro colture al termine della prova. L’analisi mediante citometro a flusso ha permesso di quantificare il numero di cellule totali in ciascuna comunità, distinguendo tra quelle vitali, morte e danneggiate.
La seconda prova, condotta in condizioni di anaerobiosi e alla temperatura di 28°C, per 92 giorni, utilizzando come inoculo del suolo di bosco ha fornito percentuali finali di degradazione del 40% per BSM e del 21% per MSM; in miscela, la degradazione è stata del 50% e 28% rispettivamente.
I profili elettroforetici risultanti dalle analisi DGGE hanno mostrato un differenziamento delle bande tra campioni e controllo biotico; gli indici di biodiversità calcolati hanno mostrato una diminuzione rispetto al controllo non trattato. Anche in questo caso è stata utilizzata la citometria a flusso per la quantificazione cellulare.
L’analisi dei microrganismi isolati -frazione coltivabile- dalle comunità selezionate in aerobiosi, evidenzia una bassa biodiversità poiché tutti gli isolati sono riconducibili ai generi Bacillus e Pseudomonas.
Lo studio della biodiversità nei consorzi selezionati nella seconda prova evidenzia una riduzione nelle comunità stressate dalla presenza dei principi attivi sia singoli che in miscela, rispetto sia all’inizio del trattamento, che al campione di controllo. Questa riduzione non viene rilevata nelle comunità selezionate in condizioni aerobiche.