Strategie innovative e rispettose dell’ambiente per la produzione del pomodoro da industria (Solanum lycopersicum L.)

Processing tomato is a worldwide economic important crop and his yield and quality are strictly affected by fertilizer applications. In fact, the processing tomato yield is lower in organic systems in comparison with conventional ones. In addition, most cultivated genotypes are sensitive to chilling in all growth stages and extremely dependent on irrigation water. In this view, the present PhD project aimed to increase the tolerance to abiotic stresses and the sustainable production of processing tomato exploiting the biodiversity of the species and the beneficial effect of the soil microbiota. Focusing on the abiotic stresses that limit processing tomato growth at seedlings stage, we evaluated the effects and the interactions between beneficial microorganisms (Funneliformis mosseae, Rhizophagus intraradices and Paraburkholderia graminis) and processing tomato genotypes (‘Pearson’, ‘H3402’ and ‘Everton’) under chilling or drought stresses (chapters three and four). Our results showed that F. mosseae was the most effective in reducing the chilling damage and in mitigating the effects of drought on morphological and physiological traits. In addition, specific genotype x microbiota x stress interactions were also revealed. The use of rootstocks (‘RS01658654’ and ‘Tomito’) in combination with or without beneficial microorganisms (alone and in consortia) (Funneliformis mosseae, Paraburkholderia graminis and Azospirillum brasiliensis) were studied in order to improve marketable yield and quality under organic cropping system (chapters five and six). Interestingly, ‘H3402’ grafted onto ‘Tomito’ and inoculated with A. brasiliensis was early flowering in greenhouse, while in the field grafting plus beneficial microorganisms (P. graminis, A. brasiliensis and their consortium) increased marketable yield, fruit quality and reduced the number of fruits affected by blossom-end rot. Finally, we hypothesized that differences in processing tomato performances associated to different forms of nitrogen could be determined, at least in part, by a differential recruitment of bacteria at the root-soil interface. To test this hypothesis, a single genotype was grown in open field subjected to seven fertilizer treatments (same amount of N) (chapter seven). Using a cultivation-independent protocol we assessed crop yield, quality and microbiota composition demonstrating that each treatment produced “distinct signatures”, represented by specific selective enrichment on both the rhizosphere and root community. In our results, we provide evidence for the use beneficial microorganisms and grafting to improve adaptation, yield and quality of processing tomato. However, specific beneficial microorganisms x genotype/cropping system interactions should be considered to produce ad hoc biostimulants. All the presented approaches could be a key strategy towards improved fertilization and irrigation water managements to increase fruit yield and quality, and we foresee an effective exploitation of the plant microbiota for agricultural purposes.

Il pomodoro da industria è un coltura economicamente importante a livello mondiale e la sua resa e la qualità sono strettamente legati all’ uso dei fertilizzanti. Infatti, la resa del pomodoro da industria è inferiore nei sistemi biologici rispetto a quelli convenzionali. Inoltre, la maggior parte dei genotipi coltivati sono sensibili, in tutti gli stadi di sviluppo, alle basse temperature ed estremamente dipendenti all’ irrigazione. In quest’ottica, lo scopo del presente progetto di dottorato è stato quello di migliorare la tolleranza agli stress abiotici e aumentare la produzione sostenibile del pomodoro da industria sfruttando la biodiversità delle specie e l’effetto positivo dei microorganismi del suolo. Focalizzando l’attenzione sugli stress abiotici che limitano la crescita delle piantine del pomodoro da industria, abbiamo valutato l’effetto e le interazioni tra microrganismi benefici (Funneliformis mosseae, Rhizophagus intraradices and Paraburkholderia graminis) e diversi genotipi di pomodoro da industria (‘Pearson’, ‘H3402’ and ‘Everton’) sottoposti a stress idrico e termico (capitoli tre e quattro). I nostri risultati mostrano che F. mosseae è stato più efficace a ridurre i danni dovuti all’ esposizione delle piantine alle basse temperature e a mitigare gli effetti della siccità a livello fisiologico e morfologico. Inoltre, ci sono state diverse interazioni significative tra genotipi, microrganismi e stress. Inoltre, è stato studiato l’uso di portainnesti (‘RS01658654’ and ‘Tomito’) inoculati o meno con microrganismi benefici ( da solo o in consorzio) (Funneliformis mosseae, Paraburkholderia graminis and Azospirillum brasiliensis) al fine di incrementare la resa commerciale e la qualità dei frutti in sistemi biologici (capitoli cinque e sei). È interessante notare che ‘H3402’ innestato su ‘Tomito’ ed inoculato con A. brasiliensis ha avuto, in serra, una fioritura precoce, mentre in campo, lo stesso innesto inoculato con alcuni microrganismi benefici (P. graminis, A. brasiliensis ed il loro consorzio) ha mostrato un aumento della resa commerciale, della qualità dei frutti ed una riduzione del numero di frutti affetti da marciume apicale. Infine, abbiamo ipotizzato che le differenti performance del pomodoro da industria, associate all’ utilizzo di forme diverse di azoto, fossero determinate, almeno in parte, da un differente reclutamento di batteri all’ interfaccia radice-suolo. Per valutare quest’ipotesi, un singolo genotipo è stato coltivato in campo e soggetto a sette diversi tipi di trattamenti fertilizzanti (stessa quantità di azoto) (capitolo sette). Usando un protocollo indipendente dalla coltura, è stata valutata la resa, la qualità e la composizione del microbiota dimostrando che ogni trattamento è in grado di produrre delle caratteristiche distintive, rappresentate dall’ arricchimento di specifici microorganismi delle comunità microbica della radice e della rizosfera. In questo lavoro, sono state fornite prove sull’ efficacia dell’uso di microrganismi benefici e dell’innesto per migliorare la resa e la qualità del pomodoro da industria. Tuttavia le interazioni tra specifici microrganismi benefici, genotipi e sistemi di coltivazione dovrebbero essere considerate per produrre biostimolanti ad hoc. Inoltre, tutti gli approcci presentati potrebbero essere la chiave per migliorare la gestione della fertilizzazione e dell’acqua di irrigazione per aumentare la resa e la qualità dei frutti e anticipare l’efficace sfruttamento del microbiota delle piante per fini agricoli.