• absorption
• assorbimento
• citotossicità
• cytotoxicity
• fisiologia vegetale
• genotossicità
• genotoxicity
• microplastiche
• microplastics
• nanoplastiche
• nanoplastics
• O. basilicum L.
• oxidative stress
• plant physiology
• stress ossidativo

La contaminazione da plastiche è una problematica ambientale di rilevanza mondiale, seconda per importanza solo al cambiamento climatico. La produzione di plastica è aumentata da 2 Mt nel 1950 a 390,7 Mt nel 2021 e potrebbe superare 30 Gt entro il 2050. A causa del basso livello di riciclo e dell’inadeguata gestione dei rifiuti, circa il 79% della plastica prodotta viene rilasciata nell’ambiente, accumulandosi nelle discariche e in vari comparti ambientali.
Diversi processi naturali portano alla frammentazione dei rifiuti plastici, portando alla formazione di microplastiche (MPs, <5 mm) e nanoplastiche (NPs, <100 nm), che sono diffuse globalmente e hanno effetti negativi sull’ambiente e sulla salute umana. Nel suolo, la quantità di MNPs è quattro volte superiore rispetto a quella presente negli oceani. Le principali fonti di MNPs nel suolo sono i fanghi di depurazione, i rifiuti urbani e industriali, i fertilizzanti organici, i film plastici, i materiali utilizzati nelle serre e le deposizioni atmosferiche.
Le MNPs alterano il funzionamento degli agroecosistemi, modificando le proprietà chimiche e fisiche del suolo, le comunità microbiche e la crescita delle piante. Le particelle plastiche di dimensioni nanometriche, inoltre, possono essere assorbite dalle piante e traslocate ai tessuti aerei. A causa delle ridotte dimensioni, le MNPs possono essere ingerite, accumulate e trasferite dagli organismi, provocando fenomeni di bioaccumulo. Durante la degradazione, possono rilasciare additivi tossici come il bisfenolo A e gli esteri ftalati che sono noti interferenti endocrini con effetti cancerogeni sull’uomo; possono adsorbire inquinanti come pesticidi e metalli pesanti, e anche agenti patogeni.
Gli effetti sulle piante includono citotossicità, genotossicità, riduzione dei processi fisiologici fondamentali (capacità germinativa dei semi, tasso di respirazione delle radici, tasso di fotosintesi netta, contenuto di pigmenti fotosintetici, tasso di traspirazione, conduttanza stomatica, parametri di fluorescenza) e induzione di stress ossidativo. Le MNPs, per tali motivi, rappresentano una minaccia per la produttività agricola, la composizione degli ecosistemi vegetali e la salute umana.
Lo scopo di questa tesi sperimentale è stato quello di indagare, da un punto di vista interdisciplinare, i diversi effetti acuti e cronici di micro- e nanosfere di polietilene (0,1%; p/v) su Ocymum basilicum L. coltivato in idroponica e la risposta della pianta a tali trattamenti, a partire dalla germinazione del seme, analizzando parametri biometrici, citologici, fisiologici e relativi allo stress ossidativo. Le plastiche impiegate presentavano un ampio range di dimensioni (200-9900 nm) al fine di simulare il più fedelmente possibile una contaminazione reale del substrato di crescita, caratterizzata dalla coesistenza di particelle di diverse dimensioni.
L’utilizzo del colorante Nile Red ci ha permesso di evidenziare e tracciare le particelle plastiche a livello della radice di O. basilicum. In particolare, sono state evidenziate sull’apice radicale, adese ai tessuti tegumentali e corticali sotto forma di aggregati o particelle singole di diverse dimensioni, mentre la più intensa fluorescenza rossa a carico del sistema vascolare ha fatto supporre la presenza di particelle plastiche di taglia nanometrica nel flusso xilematico.
L’adsorbimento delle MPs e degli aggregati di particelle plastiche ha portato ad una diminuzione degli scambi idrici con l’ambiente circostante, con conseguenze sulla crescita e lo sviluppo delle piante trattate. Dalle analisi citologiche è stato osservato un aumento dell’indice mitotico, accompagnato da un aumento della percentuale di anomalie totali, in particolar modo di anafasi anomale. Riguardo i parametri biometrici, le piante trattate presentavano una riduzione della biomassa radicale, un aumento dell’allungamento delle radici e un aumento dell’accumulo di sostanza secca sia nelle foglie che nelle radici.
Dalle analisi fisiologiche è stata rilevata una diminuzione della conduttanza stomatica e del tasso di fotosintesi netta, insieme a limitazioni a carico del sistema fotosintetico (dell’efficienza del PSII, dell’efficienza del PSI, limitazioni a carico del donatore di elettroni del PSI e dei parametri relativi al tasso di trasporto elettronico).
Infine, sono stati analizzati tramite analisi biochimiche e istochimiche i livelli di perossido di idrogeno (H2O2), indicatore dell’accumulo di ROS, e di sostanze reattive dell’acido tiobarbiturico (TBARS), come marcatori della perossidazione lipidica. Nelle radici le analisi biochimiche hanno rilevato una diminuzione dei livelli di H2O2 e un aumento del danno ossidativo, mentre nelle foglie si è osservato un aumento di entrambi i parametri. Le analisi istochimiche hanno evidenziato un aumento dei marcatori dello stress ossidativo sia nelle foglie che nelle radici.
Riguardo l’analisi dell’attività del sistema antiossidante, non sono state rilevate grandi differenze dal punto di vista enzimatico, mentre si è assistito ad un aumento della concentrazione di molecole antiossidanti, in particolar modo dei livelli di fenoli nelle foglie e di acido ascorbico e glutatione nelle radici.
In conclusione, questo studio sperimentale ha dimostrato che il trattamento con 0,1% di MNPs di polietilene ha avuto effetti su diversi parametri di crescita di O. basilicum L. Ulteriori studi saranno necessari per comprendere i meccanismi di assorbimento delle NPs.

Plastic contamination is a global environmental issue, second in importance only to climate change. Plastic production has increased from 2 Mt in 1950 to 390.7 Mt in 2021 and could exceed 30 Gt by 2050. Due to low recycling rates and inadequate waste management, approximately 79% of the plastic produced is released into the environment, accumulating in landfills and various environmental compartments. Natural processes lead to the fragmentation of plastic waste, resulting in the formation of microplastics (MPs, <5 mm) and nanoplastics (NPs, <1000 nm), which are globally widespread and have negative effects on both the environment and human health. In soil, the quantity of MNPs is four times higher that found in oceans. The primary sources of MNPs in soil include sewage sludge, urban and industrial waste, organic fertilizers, plastic films, materials used in greenhouses and atmospheric deposition. MNPs disrupt the functioning of agroecosystems by altering the soil's chemical and physical properties, microbial communities and plant growth. Nanometric plastic particles can also be absorbed by plants and translocated to aerial tissues. Additionally, due to their small size, MNPs can be ingested, accumulated and transferred between organisms, leading to bioaccumulation phenomena.
During their degradation, plastics can release toxic additives such as bisphenol A and phthalate esters, which are known endocrine disruptors with carcinogenic effects in humans. They can also adsorb pollutants such as pesticides, heavy metals and pathogens. The effects on plants include cytotoxicity, genotoxicity, a reduction in fundamental physiological processes (seed germination capacity, root respiration rate, net photosynthesis rate, photosynthetic pigment content, transpiration rate, stomatal conductance, and fluorescence parameters), and oxidative stress induction. For these reasons, MNPs pose a significant threat to agricultural productivity, ecosystem composition and human health.
The aim of this experimental thesis was to investigate, from an interdisciplinary perspective, the acute and chronic effects of polyethylene micro- and nanospherules (0.1%; w/v) on Ocimum basilicum L. grown hydroponically and the plant's response to such treatments, starting from seed germination and analyzing biometric, cytological, physiological and oxidative stress parameters. The plastics used had a wide size range (200–9900 nm) to simulate as accurately as possible a realistic contamination of the growth substrate, characterized by the coexistence of particles of various sizes.
The use of the Nile Red dye allowed us to visualize and trace plastic particles at the root level of O. basilicum. Specifically, particles were detected on the root apex, adhering to the epidermal and cortical tissues in the form of aggregates or single particles of various sizes, while the more intense red fluorescence observed in the vascular system suggested the presence of nanometric plastic particles in the xylem flow.
The adsorption of MPs and plastic particle aggregates led to a decrease in water exchange with the surrounding environment, impacting the growth and development of treated plants. Cytological analyses revealed an increase in the mitotic index, accompanied by a higher percentage of total anomalies, particularly anomalous anaphases. Regarding biometric parameters, treated plants exhibited reduced root biomass, increased root elongation and higher accumulation of dry matter in both leaves and roots. Physiological analyses showed a decrease in stomatal conductance and net photosynthesis rate, along with limitations to the photosynthetic system, affecting PSII, PSI, and the parameters related to electron transport rates (ETRII and ETRI).
Finally, biochemical and histochemical analyses were performed to assess the levels of hydrogen peroxide (H₂O₂), an indicator of reactive oxygen species (ROS) accumulation, and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) as markers of lipid peroxidation. In roots, biochemical analyses revealed a decrease in H₂O₂ levels and an increase in oxidative damage, while in leaves, both parameters of oxidative stress were elevated. Histochemical analyses highlighted increased oxidative stress in both leaves and roots.
Regarding the analysis of the antioxidant system's activity, no significant differences were observed in enzymatic activity; however, there was an increase in the concentration of antioxidant molecules, particularly phenols in leaves and ascorbic acid and glutathione in roots.
In conclusion, this experimental study demonstrated that treatment with 0.1% polyethylene MNPs affected various growth parameters of O. basilicum L. Further studies will be necessary to understand the mechanisms of NPs absorption.