“Lo iodio dovrebbe essere considerato un nutriente per le piante”. Questa è la principale conclusione di un articolo scientifico pubblicato nel settembre 2020 da un gruppo di ricercatori italiani. Lo iodio è riconosciuto come un elemento essenziale per la salute degli esseri umani e degli animali da allevamento; ora si è scoperto che anche le piante hanno bisogno di iodio nella soluzione nutritiva in dose micromolare.

Per la prima volta è stata descritta la presenza naturale di proteine iodate nelle piante superiori, identificando 82 proteine iodate. Sulla base di studi fenotipici, genomici e proteomici, è stato dimostrato che le piante hanno bisogno di iodio per la crescita delle foglie e delle radici, una fotosintesi efficiente (il processo di conversione della luce solare in energia chimica nella foglia), una fioritura tempestiva, una maggiore produzione di semi e l’attivazione di un sistema di allarme precoce che difende la pianta dai danni da stress abiotico e biotico. In aree in cui il suolo e l’acqua sono naturalmente carenti di iodio, la carenza di iodio può portare alla perdita di resa colturale e alla riduzione della qualità dei frutti. Per facilitare e rendere sicura l’applicazione della giusta fonte, della giusta dose di iodio e al momento giusto, esistono prodotti commerciali che combinano iodio e nitrato di potassio in un unico fertilizzante specializzato, poiché la richiesta di iodio della pianta è ben sincronizzata con le tipiche applicazioni di nitrato di potassio come fonte di potassio in soluzioni nutritive.

Lo iodio è un nutriente minerale necessario per le piante

Gli elementi che attualmente sono considerati nutrienti per le piante sono C, H, O, N, P, K (elementi primari), Ca, Mg, S (elementi secondari), e Fe, Zn, Cu, Mn, B, Cl, Mo, Co e Ni (microelementi). Questa lista di elementi nutritivi noti per le piante può ora essere ampliata con l’aggiunta dell’elemento iodio, il primo micronutriente aggiunto dalla scoperta del Ni nel 1987. In Italia, il Professore Pierdomenico Perata, la Dottoressa Claudia Kiferle, il loro team di lavoro presso la Sant’Anna – Scuola Universitaria Superiore di Pisa – e i ricercatori affiliati al Consiglio Nazionale delle Ricerche di Napoli, hanno ora pubblicato questa importante nuova scoperta:

Lo iodio è riconosciuto come un elemento essenziale per la salute degli esseri umani e degli animali da allevamento.
Le piante legano lo iodio a 82 diverse proteine con funzioni in importanti processi biologici, come la proteina Rubisco per una fotosintesi efficiente nelle foglie, o gli enzimi perossidasi che difendono la pianta dallo stress abiotico e biotico, e l’enzima ATPasi, necessario per fornire energia per la crescita della pianta e il trasporto dei nutrienti. Una carenza di iodio nella pianta può prevedere una perdita di resa, in modo simile a quanto può accadere se la pianta soffre di carenza di qualsiasi altro micronutriente. Per una produzione ottimale delle colture, dovrebbe essere applicata una dose adeguata di iodio.

Cosa è lo iodio
Lo iodio è un elemento della tavola periodica con il simbolo I e il numero atomico 53. Lo iodio è un alogeno, un elemento classificato nello stesso gruppo del cloro (Cl) e del bromo (Br). Gli alogeni reagiscono facilmente con metalli come il sodio o il potassio. Alcuni esempi includono il cloruro di sodio (sale da tavola, NaCl) o lo ioduro di potassio (KI) che viene aggiunto al sale, producendo sale da tavola iodato per la salute umana.

Dove si trova lo iodio in natura
Lo iodio è presente ovunque, ma solo in quantità ridotte. La concentrazione più elevata di iodio si trova negli oceani, con una media di 0,5 micromoli di iodio per litro di acqua marina. Al contrario, la pioggia, la soluzione del terreno e l’acqua d’irrigazione contengono concentrazioni più basse, inferiori a 0,2 micromoli per litro. Inoltre, di solito meno del 10% dello iodio totale nel terreno è disponibile per essere assorbito dalle piante. Negli esseri umani e negli animali da allevamento, disturbi come il gozzo e l’ipotiroidismo sono causati dalla mancanza di iodio, che altera la funzione della tiroide. Il terreno filtra lo iodio che scorre nei torrenti e nei fiumi e di solito finisce nell’oceano.

Molte aree in cui il gozzo endemico è/o è stato predominante sono altopiani o zone montuose o terre pianeggianti lontane dal mare. Nel continente americano, il gozzo endemico è stato in gran parte controllato negli Stati Uniti e in Canada, ma molti paesi andini, tra cui Bolivia, Colombia, Ecuador e Perù, presentano ancora elevati livelli relativi sia di gozzo endemico che di tassi di cretinismo. Il gozzo endemico è anche presente in alcuni paesi dell’America Centrale e in alcune parti del Brasile.

Le piante possono assorbire e accumulare iodio.
Da tempo si sa che le piante possono assorbire lo iodio con le loro radici e accumularlo nelle loro foglie e nei loro frutti. In molti studi precedenti, è stato osservato il beneficio della supplementazione con piccole quantità di iodio per la crescita delle piante e la loro resilienza allo stress. Anche i ricercatori in Italia (Scuola Superiore Sant’Anna a Pisa) sono giunti alla stessa conclusione dopo aver esaminato tutte le evidenze pubblicate in precedenza: le piante possono accumulare iodio perché è vantaggioso per la loro crescita, il loro metabolismo, la risposta allo stress da salinità nella soluzione radicale e, in particolare, per la produzione di antiossidanti da parte della pianta. Come con altri micronutrienti, fornire la giusta dose (né troppo poco né troppo) del nutriente è molto importante. È anche importante fornire la forma corretta di iodio. Ad esempio, lo iodio presente nei disinfettanti (iodio libero, I2 e ioduro I^–) può avere effetti dannosi a dosi inferiori rispetto ad altre forme di iodio.

Perché è necessario lo iodio per le piante?
Nonostante i benefici pubblicati riguardo lo iodio applicato nella giusta dose, il suo ruolo come nutriente vegetale non ha ricevuto l’attenzione che merita da parte della comunità scientifica. Fino ad ora. In una pubblicazione recentemente diffusa, vengono descritti una serie di prove sperimentali. Queste prove sono state condotte da un gruppo di Ricercatori di Pisa, in Italia, e dimostrano come le piante abbiano bisogno di iodio. Per questi esperimenti è stata utilizzata l’Arabidopsis thaliana come pianta modello. Questa pianta cresce rapidamente in laboratorio (solo sei settimane dalla semina al seme) e tutte le conoscenze sulla sua genetica e il suo metabolismo sono condivise online da ricercatori di tutto il mondo. Le piante contengono sempre una piccola quantità di iodio in quanto piccole concentrazioni si trovano nell’aria e nell’acqua. Infatti, lo iodio viene aggiunto a un popolare mezzo di coltura per studiare la fisiologia vegetale nell’Arabidopsis. Per studiare l’effetto della carenza di iodio nell’Arabidopsis, l’acqua utilizzata per preparare la soluzione nutritiva è stata demineralizzata mediante osmosi inversa e sono stati utilizzati prodotti chimici ultra-puri per preparare la soluzione di nutrienti.

Senza l’applicazione deliberata di iodio, la crescita e la fioritura della pianta sono state molto più lente rispetto alle piante a cui sono stati forniti 0,2 o 10 micromoli di iodio per litro.

L’applicazione di iodio a concentrazioni micromolari ha aumentato la crescita delle radici e dei germogli, la produzione di semi e l’anticipazione della fioritura. Per comprendere perché la crescita delle piante è compromessa quando si utilizzano soluzioni nutritive prive di iodio, è stata condotta un’indagine sulla risposta genetica della pianta alla presenza o all’assenza di iodio nella soluzione nutritiva. I trattamenti con iodio hanno regolato specificamente l’espressione di vari geni coinvolti nella fotosintesi, nella via di risposta allo stress dell’acido salicilico (AS), nella risposta ormonale della pianta, nella segnalazione del Ca²⁺ e nella difesa della pianta dall’attacco di patogeni. La combinazione di questi processi conferma le osservazioni precedentemente pubblicate secondo cui lo iodio aiuta le piante a prevenire danni da stress biotici e abiotici. Per verificare se la risposta nella crescita delle piante e nell’espressione genica fosse unica all’aggiunta di iodio a una soluzione nutritiva priva di iodio, lo stesso esperimento è stato ripetuto utilizzando il bromo, l’alogenuro con una struttura atomica più simile allo iodio. A differenza dello iodio, né l’espressione genica né la crescita delle piante hanno risposto all’aggiunta di bromo. Ciò dimostra che la risposta della pianta all’iodio è unica e non può essere sostituita da un altro elemento. Infine, è stato scoperto che lo iodio era incorporato in proteine vegetali, fornendo alle piante isotopi radiomarcatori di iodio che sono stati recuperati nelle proteine stesse. Queste proteine possono essere enzimi o componenti di complessi strutturali necessari per tutte le funzioni cellulari e per la collaborazione e la comunicazione con altre cellule tra e all’interno degli organi della pianta.

Le proteine iodate non sono state scoperte solo nell’Arabidopsis, ma anche nel pomodoro, mais, grano e lattuga. Trovare proteine iodate in famiglie di piante non correlate dimostra che queste proteine contenenti iodio esistono ampiamente nel regno vegetale. In totale, sono state identificate 82 proteine iodate per l’Arabidopsis thaliana utilizzando approcci bioinformatici su database proteomici indipendenti contenenti tutte le proteine vegetali studiate a livello globale. Nei germogli, le proteine iodate sono principalmente associate ai cloroplasti e sono funzionalmente coinvolte nei processi fotosintetici, mentre nelle radici sono principalmente diversi enzimi perossidasici, importanti per la segnalazione dello stress, o legati all’attività delle perossidasi stesse. Alcune di queste proteine sono essenziali per la crescita delle radici. Sono state anche trovate proteine iodate con un ruolo cruciale nel metabolismo dell’azoto, nella regolazione di fitormoni e nella produzione di energia sia nelle cellule delle radici che delle foglie.

Queste scoperte aprono nuove prospettive su aspetti emergenti della fisiologia vegetale, in particolare nei campi della proteomica e dell’enzimologia. Sono stati identificati enzimi iodati che svolgono ruoli fondamentali in funzioni evolutive basiche conservate, e questa scoperta rappresenta il primo passo che ha suscitato interesse accademico riguardo all’importanza dello iodio nelle coltivazioni.

Fornire una quantità sufficiente di iodio alle coltivazioni aiuta a prevenire la perdita di resa e a mantenere la qualità dei frutti.

Un corretto apporto di iodio porta un diretto beneficio agli agricoltori migliorando il rendimento delle coltivazioni e prevenendo le perdite nelle aree in cui non è disponibile abbastanza iodio per una crescita ottimale delle piante. Per rendere facile e sicuro per gli agricoltori fornire la giusta dose di iodio, il minerale può essere applicato in una forma migliore insieme al nitrato di potassio anziché solo come micronutriente.

La richiesta di iodio da parte delle piante è ben sincronizzata con le tipiche applicazioni di nitrato di potassio come fonte di nitrato e potassio nelle soluzioni nutritive. Il nitrato di potassio è la fonte ottimale di potassio, poiché fornisce potassio (K) combinato con la fonte ideale di azoto: il nitrato (N-NO3). L’assorbimento di azoto nitrico promuove l’assorbimento di cationi del suolo, come potassio, calcio e magnesio. Lo iodio è il complemento naturale del nitrato per il trasporto del calcio nella pianta, il quale verrà ostacolato dalla carenza di iodio. Le proteine iodate nelle radici sono coinvolte nel metabolismo e nella risposta allo stress ossidativo, prevedendo un trasporto di calcio inferiore ai frutti in caso di carenza di iodio.

Lo iodio è anche necessario affinché la pianta mantenga la fotosintesi e la traspirazione nelle foglie. In coltivazioni in condizioni sperimentali, è stato osservato che fornire iodio in modo adeguato con nitrato di potassio favorisce il miglior bilancio redox e il miglior metabolismo energetico, il che a sua volta favorisce il trasporto di calcio dalle radici ai frutti, risultando in una maggiore concentrazione di calcio nei frutti. Ciò è associato a una minore probabilità di problemi di qualità legati alla carenza di calcio, come il marciume apicale, e a un periodo di conservazione più lungo durante il trasporto. Pertanto, assicurare un adeguato livello di iodio nella soluzione nutritiva aiuta gli agricoltori a ottenere rese ottimali nelle coltivazioni, con prodotti di alta qualità, specialmente in condizioni climatiche avverse.

Da oltre 10 anni SQM sta conducendo ricerche in collaborazione con scienziati di fama mondiale, sul ruolo fondamentale dello iodio come nutriente essenziale nella nutrizione delle piante” – condivide Harmen Tjalling Holwerda, Direttore Senior di Sviluppo Aziendale dell’Unità Affari Nitrati e Iodio in SQM e co-autore della pubblicazione scientifica “Evidenze di un Ruolo Nutrizionale dello Iodio nelle Piante” (2021) all’indirizzo https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.616868/full. Gli effetti dello iodio sulla pianta sono stati dimostrati in tre modi diversi: attraverso la descrizione delle caratteristiche fisiche e comportamentali della pianta, attraverso l’espressione genica e, per la prima volta, tramite l’identificazione di 82 proteine iodurate.