Il movimento dell'acqua dal terreno alle radici controlla il rapporto tra piante e acqua e il modo in cui le sostanze nutritive vengono assorbite. E sebbene gli scienziati hanno da tempo osservato che le radici provocano cambiamenti delle proprietà chimiche, biologiche e fisiche della rizosfera (il terreno nelle immediate vicinanze delle radici), una nuova ricerca mostra che il terreno in queste zone contiene in effetti il 30% di acqua in più rispetto a quanto si pensasse inizialmente. Presentato sulla rivista New Phytologist, lo studio è stato finanziato in parte dal progetto WATER WATCH ("Non-invasive imagining of the water dynamics in a soil plant groundwater system") che ha ricevuto un contributo Azioni Marie Curie - Trasferimento di conoscenze del valore di 302.000 EUR nell'ambito del Sesto programma quadro (6° PQ) dell'UE.
Secondo i ricercatori in Germania, Svizzera e Stati Uniti l'acqua aiuta le piante a superare brevi periodi di siccità. I risultati potrebbero essere usati per migliorare la produzione delle piante e supportare lo sviluppo di sistemi di irrigazione efficienti. Usando la tomografia a neutroni presso il Paul Scherrer Institut (PSI) in Svizzera, il team ha mostrato la distribuzione dell'acqua fino a una frazione di millimetro senza rimuovere le piante dal terreno.
"La questione di come le piante assorbono l'acqua non è rilevante solo per lo sviluppo di nuove varianti di piante che facciano un miglior uso dell'acqua, ma anche per migliorare i modelli climatici,", spiega il co-autore Sascha Oswald dell'Istituto di Scienza della terra e dell'ambiente dell'Università di Potsdam in Germania, "perché di solito più della metà di tutta l'acqua che cade sulla superficie della Terra in forma di pioggia in un clima umido viene assorbita dalle piante e poi passa nuovamente all'atmosfera attraverso di esse."
Da parte sua, l'autore principale Ahmad Moradi dell'Università della California, Davis, negli Stati Uniti, dice: "Le piante assorbono l'acqua dal terreno per mezzo di radici sottili, di un paio di millimetri di diametro. Le radici più spesse servono più come tubature, per rilasciare l'acqua. Vogliamo capire la distribuzione dell'acqua intorno a queste radici. I processi decisivi avvengono qui in una scala di un paio di millimetri. Per osservare questi processi, abbiamo bisogno di una procedura che mostri i dettagli più piccoli di un millimetro e che possa essere applicata senza bisogno di rimuovere le piante dal terreno."
Grazie a questo sofisticato metodo, il team ha mandato neutroni attraverso le piante, insieme al terreno intorno alle radici. Le particelle hanno permesso loro di osservare l'interno di vari oggetti, come con dei raggi X, ma meglio: è infatti possibile vedere i componenti interni.
Secondo i ricercatori, l'acqua assottiglia e disperde i neutroni mentre il metallo e la sabbia sono loro invisibili. Il dott. Moradi spiega: "Le radici sono fatte per quasi il 90% di acqua. Quando si desidera esaminare le radici, o il movimento dell'acqua nel terreno, i neutroni sono uno strumento molto migliore dei raggi X."
Essi creano un'immagine tridimensionale (3D) della distribuzione dell'acqua intorno alle radici e determinano la quantità di acqua presente in varie posizioni del terreno.
"Per questa misurazione è stato usato il microscopio della struttura, in modo da generare immagini con una risoluzione di 20 pixel per millimetro," dice il co-autore Eberhard Lehmann del PSI. "In questo modo è stato possibile rendere l'acqua visibile con la precisione richiesta. Abbiamo tre posizioni di misurazione alle quali possiamo creare immagini con neutroni - ognuna di esse con le proprie caratteristiche. Così abbiamo potuto provare diverse opzioni per l'esperimento. Un grande vantaggio delle strutture del PSI è che sono in funzione 24 ore su 24 e quindi abbiamo potuto osservare le piante per un ciclo completo notte-giorno."
Commentando i risultati, il professor Oswald, uno degli autori dello studio, dice: "Per quanto riguarda le applicazioni pratiche di questi risultati, essi possono essere utili per la produzione di piante in grado di sopravvivere meglio ai periodi di siccità. Si può anche stabilire in modo esatto quanta acqua dare alle piante per fare in modo che non subiscano danni durevoli seccando.