Effetti dell’esposizione a cadmio sulla concentrazione critica di solfato in piante di Arabidopsis

Il solfato (SO42-) presente nelle soluzioni dei suoli e assorbito attraverso le radici rappresenta la principale fonte di zolfo utilizzata dalle piante. In seguito all’assorbimento, lo ione SO42- è allocato verso gli organi sink dove è in parte assimilato a formare cisteina (Cys), l’intermedio chiave per la sintesi di tutte le molecole organiche contenenti zolfo ridotto. In virtù del ruolo svolto dalla Cys nel metabolismo, appare evidente che le piante debbano possedere meccanismi di regolazione fine che controllano l’assorbimento e l’assimilazione del SO42- e che siano in grado di incontrare la domanda metabolica di Cys necessaria a soddisfare le loro necessità di zolfo (S) ridotto. Tale domanda è soggetta a notevoli fluttuazioni - in funzione delle condizioni ambientali - e contribuisce in modo significativo a determinare i fabbisogni complessivi di S delle piante. Nelle piante esposte a cadmio (Cd), l’aumento di attività metaboliche che consumano glutatione ridotto (GSH) può ripercuotersi sulla domanda di SO42- e di Cys. Il GSH, infatti, non solo è coinvolto nel mitigare condizioni di stress ossidativo indotte dall’accumulo di Cd, ma rappresenta anche il substrato per la sintesi di fitochelatine, peptidi ricchi in Cys che, partecipando ai processi di detossificazione del Cd, divengono rapidamente la principale classe di tioli non proteici presenti nelle cellule delle piante. Allo scopo di chiarire le relazioni fra accumulo di Cd, metabolismo tiolico e necessità nutrizionali di SO42-, sono state analizzate le curve di crescita di piante di Arabidopsis thaliana allevate in un ampio intervallo di disponibilità di SO42- (1-150 μM), in presenza e in assenza di CdCl2 0.1 μM. I risultati ottenuti indicavano che la crescita del germoglio era, in ambedue le condizioni, dipendente dalla concentrazione di SO42- nel mezzo di allevamento. Le curve di crescita potevano essere propriamente descritte da una funzione esponenziale tendente ad un massimo, del tipo: FW = FWmax (1– e-bx) dove x indica la concentrazione di SO42- nel mezzo di crescita ed FW il peso fresco del germoglio. Tale funzione consentiva di calcolare la concentrazione critica di SO42-, definita come la concentrazione dell’anione nel mezzo di allevamento che restituiva il 95% della crescita massima raggiungibile dal germoglio (FWmax). L’analisi dei dati indicava che la presenza di Cd nel mezzo aumentava significativamente la concentrazione di SO42- necessaria a massimizzare la crescita del germoglio: il valore critico della concentrazione di SO42- muoveva infatti da 29 μM, nelle piante controllo, a 40 μM, nelle piante esposte a Cd. Inoltre, l’effetto negativo esercitato dal Cd sulla crescita del germoglio diminuiva all’aumentare della concentrazione di SO42- nel mezzo, fino a raggiungere il valore di concentrazione critica, al disopra del quale il metallo cessava di produrre effetti inibitori sulla crescita. Contrariamente a quanto osservato per il germoglio, l’effetto del Cd sulla crescita delle radici era indipendente dalla concentrazione di SO42- nel mezzo. L’esposizione a Cd riduceva inoltre i livelli di GSH misurabili nel germoglio, che risultavano in tutte le condizioni analizzate inferiori rispetto a quelli del controllo. Tuttavia, anche in questo caso, l’effetto dell’esposizione a Cd sui livelli di GSH diminuiva all’aumentare della concentrazione di SO42- nel mezzo, fino al raggiungimento del valore critico. L’andamento consentiva di evincere che la concentrazione minima di GSH necessaria a contrastare la tossicità del Cd nei germogli era pari a 375 nmol g-1 FW.