THE EFFECT OF NANO -AND MICRO- PLASTICS ON CROPS: AN OMICS PERSPECTIVE

Microplastics (MPs) and nanoplastics (NPs) in soil can impact the microbial diversity within rhizospheres and induce modifications in plants' morphological, physiological, and biochemical parameters. However, a significant knowledge gap still needs to be addressed regarding the specific effects of varying particle sizes and concentrations on the comprehensive interplay among soil dynamics, root exudation, and the overall plant system. In this doctoral thesis, various omics techniques were employed to elucidate the mechanisms of action exerted by the presence of MPs and NPs in soil on lettuce plants (Lactuca sativa L. var Canasta). The first two chapters are dedicated to evaluating the effect of the interaction between different sizes and concentrations of polyethylene MPs and NPs on lettuce plants. This assessment was conducted by integrating various omics approaches, including metabolomics, metagenomics, and phenomics, to identify characteristics primarily correlated with chemical-physical and microbial mechanisms of plastic-plant interaction. In the third chapter, soil fertility was evaluated using the earthworm (Eisenia andrei) as a model organism. This study assessed the co-exposure of environmental MPs with the herbicide 2,4-D on the ability of these pollutants to alter the microbial diversity of both soil and earthworm intestines, using this as an indicator of soil fertility.

Le micro (MPs) e nano (NPs) plastiche presenti nel suolo possono influenzare la diversità microbica della rizosfera e modificare i parametri morfofisiologici e biochimici delle piante ivi coltivate. Tuttavia, esiste ancora una significativa lacuna di conoscenza riguardanti gli effetti specifici delle diverse dimensioni e concentrazioni di plastiche sugli effetti di interazione tra i contaminanti del suolo e sulla risposta della pianta. In questa tesi di dottorato, sono state impiegate diverse tecniche omiche al fine di chiarire i meccanismi d'azione esercitati dalla presenza delle MPs e NPs nel suolo sulla pianta di lattuga (Lactuca sativa L. var Canasta). I primi due capitoli della tesi sono dedicati alla valutazione dell'effetto dell'interazione tra diverse dimensioni e concentrazioni di MPs e NPs di polietilene sulla pianta di lattuga. Questa valutazione è stata condotta integrando diversi approcci omici, tra cui la metabolomica, la metagenomica e la fenomica, al fine di identificare le caratteristiche principalmente correlate ai meccanismi chimicofisici e microbici di inetraction plastica-pianta. Mentre nel terzo capitolo, è stata valutata la fertilità del suolo utilizzando come organismo modello il lombrico (Eisenia andrei). In questo studio è stata valutata la co-esposizione della MPs ambientale con l'erbicida 2,4-D sulla capacità di tali contaminanti di alterare la diversità microbica sia del suolo che dell'intestino dei lombrichi, utilizzando ciò come indice di fertilità del suolo.