Brostaux, Vincenza Cozzolino, Pierre Delaplace, Patrick Du Jardin, Alessandro Piccolo

Relazione quantitativa struttura-attività di biostimolanti umo-simili da scarti di produzione agro-industriale mediante tecniche NMR

Davide Savy 1 , Yves Brostaux 2 , Vincenza Cozzolino 3 , Pierre Delaplace 1 , Patrick du Jardin 1 , Alessandro Piccolo 3

1 Plant Sciences, Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liège, 2 Passage des Déportés, B-5030

Gembloux, Belgium; 2 Statistical modelling and development, Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liège, 2 Passage des

Déportés, B-5030 Gembloux, Belgium; 3 Department of Agricultural Sciences, Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055

Portici, Italy

Le Sostanze Umo-Simili (SUS) isolate da scarti di produzione agro-industriale e da colture energetiche aumentano lo sviluppo iniziale di plantule di mais (Zea mays L.) (Savy et al., 2015; 2016; 2017). E’ essenziale comprendere quali caratteristiche molecolari delle SUS influenzano la crescita delle piante per predirne la bioattività e ottenere SUS che esercitino l’effetto biologico desiderato. Tale obiettivo può essere raggiunto delineando una relazione quantitativa struttura-attività (RQSA) per queste sostanze. Abbiamo quindi creato diverse RQSA per studiare l’effetto di varie SUS da biomasse lignocellulosiche sulla lunghezza della radice primaria (RP), delle radici seminali laterali (LSR), dell’apparato radicale totale (LRT) e del coleottile (Col) di plantule di mais. I predittori impiegati derivano dagli spettri NMR allo stato solido (13C-CPMAS-NMR) o liquido (31P-NMR) registrati dopo derivatizzazione dei gruppi OH del campione con un reagente contenente fosforo.

Il modello ottenuto con i dati 13C-CPMAS-NMR indica che le funzioni alchiliche aumentano la lunghezza del Col ma determinano una minore lunghezza delle radici. I gruppi carbossilici/esterei hanno un impatto negativo sullo sviluppo della pianta (Figura 1-A). L’effetto deleterio dei gruppi COOH è indicato anche dalla regressione ottenuta mediante 31P-NMR. Questo modello mostra anche un effetto promotore per i gruppi guaiacilici e pidrossifenilici derivati dalla lignina e per gli OH alifatici. L’elongazione del Col è positivamente influenzata dalla presenza di unità siringiliche e fenoliche condensate, mentre esse hanno un impatto negativo su RSL e LRT (Figura 1-B).

Figura 1. Coefficienti di regressione calcolati mediante l’impiego di dati 13CCPMAS-NMR (A) e 31P-NMR (B).

La bioattività delle SUS da biomasse lignocellulosiche può essere soddisfacentemente spiegata/predetta creando RQSA basate su spettroscopia NMR. Si possono sfruttate tali RQSA per migliorare le tecniche estrattive delle SUS, arricchendole delle unità più bioattive e riducendo la concentrazione delle specie chimiche deleterie così da aumentarne le capacità biostimolanti.

References

Savy et al., 2015. Molecules 20, 19958-19970.

Savy et al., 2016. Plant Soil 402, 221–233.

Say et al., 2017. ACS Sus Chem Eng 5, 9023–9031.