Effetti del nitrato sull’assimilazione dell’ammonio in piante di mais (Zea mays L.)

Considerando le importanti interazioni metaboliche e fisiologiche che intercorrono negli organismi vegetali fra il metabolismo dell’N e del C (Nunes-Nesi et al., 2010), venivano quantificati i livelli degli zuccheri riducenti e del saccarosio nelle radici in risposta alle diverse condizioni nutrizionali delle piante (Fig. 5). Le maggiori concentrazioni di zuccheri riducenti e di saccarosio osservate nelle piante allevate in presenza di NH4+ come unica fonte di N, risultavano apparentemente in disaccordo con l’osservazione secondo la quale tale condizione nutrizionale è generalmente associata ad un elevato consumo di zuccheri, necessari per l’organicazione del catione (Schortemeyer et al., 1997; Miller and Cramer, 2004; Britto and Kronzucker 2002).

Questo aspetto veniva approfondito con il dosaggio delle attività specifiche degli enzimi glicolitici fosfofruttochinasi-1 e piruvato chinasi nelle radici. Il fatto che le due attività enzimatiche risultavano maggiori nelle piante cresciute in sola presenza di NH4+ (Fig. 6) indica una maggiore attivazione della via glicolitica, a sostegno di un incremento delle attività necessarie all’organicazione del nutriente. Questa ipotesi era sostenuta inoltre dagli andamenti nei livelli di 2-oxoglutarato nelle radici (Fig. 7.a).

Nello stesso tempo, questo dato suggerisce che le differenze osservate nelle concentrazioni di zuccheri riducenti e saccarosio non sono associabili ad un maggiore consumo degli zuccheri in presenza di NO3-, ma invece ad un loro accumulo a seguito del richiamo di carboidrati forniti dagli organi fotosintetici. Questa risposta della pianta, in accordo con i lavori di Schortemeyer et al. (1997) e Prinsi and Espen (2015), contribuisce a sostenere l'assimilazione dell'NH4+ nelle radici e a conferire il carattere di tolleranza osservato nella linea T250.

Infine, il fatto che le attività di entrambi gli enzimi glicolitici saggiati non variava in modo significativo in funzione della concentrazione di NH4+ nel mezzo di crescita, suggerisce che tale risposta è maggiormente influenzata dalla concentrazione di NH4+ nel tessuto (Fig. 1.a), o che il sistema raggiunge un punto di saturazione già a concentrazioni di NH4+ di 2 mM nella soluzione nutritiva.

Nel complesso, i risultati ottenuti sembrano escludere che la modulazione della glicolisi contribuisca all’effetto sinergico indotto dalla copresenza di NO3-ed NH4+. Per meglio descrivere lo stato metabolico delle radici veniva preso in considerazione anche l'aspetto energetico, valutando il consumo di O2 e le concentrazioni di adenosina trifosfato (ATP) nelle radici delle piante allevate nelle quattro condizioni sperimentali.

In particolare, il fatto che il consumo di O2 risultava proporzionale all’N assimilabile (Fig. 8) è in accordo con l’incremento respiratorio indotto dalla nutrizione ammoniacale nelle radici (Kronzucker et al., 1998; Britto and Kronzucker, 2002) ed evidenzia il contributo fornito dalla riduzione del NO3-.

Nello stesso tempo, il contenuto di ATP risultava minore nelle radici esposte a NH4+ come unica fonte di N (Fig. 9.e, A e B) a conferma, che come indicato da Kronzucker et al. (2001), ad alte concentrazioni di NH4+ nel mezzo di crescita la pianta estrude attivamente il catione dalle radici consumando ATP. A tal proposito, è altresì importante sottolineare il significativo incremento del 50% nei livelli di ATP nelle radici cresciute nella soluzione nutritiva contenente NO3-, in particolare quando non ne era inibita l’assimilazione (Fig. 9.e, C).

Questi risultati nel complesso, se considerati assieme all'attività degli enzimi glicolitici suggeriscono la presenza di una via metabolica alternativa a quella glicolitica, in grado di sostenere la produzione di ATP, che viene attivata durante il processo di assimilazione del NO3-.