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BOTANICA
La botanica è lo studio delle piante, di tutti gli organismi vegetali, i quali vengono studiati dal punto di vista fisiologico, tassonomico, ecologico, ne viene studiata anche la l’utilità per l’uomo. Le piante:
- Sono alla base della vita del pianeta poiché sono le responsabili della fotosintesi: l’energia luminosa viene catturata dalla clorofilla e, attraverso una serie di processi, viene trasformata in energia chimica, che va a imprigionarsi tra i legami chimici delle molecole. L’energia chimica viene poi utilizzata per sintetizzare i composto organici fonte di cibo. Per questo, le vengono considerate, nell’ecosistema terra, “ produttori primari ” di qualsiasi ecosistema: sono alla base delle catene alimentari.
- Si tratta di organismi autotrofi, si procurano da soli nutrimento, proprio a partire dall’energia solare.
- Sono alla base della sostenibilità della vita sulla terra: non solo la rendono possibile fornendo energia a tutti gli ecosistemi, ma hanno una serie di funzioni (stabilizzano il suolo, mitigano gli effetti di moti estremi climatici come alluvioni, purificano l’acqua, determinano il clima) utili a tutti i viventi. Tali funzioni vengono dette “ servizi ecosistemici ”, cioè servizi prodotti dall’ecosistema e forniti all’uomo e agli animali.
- Costituiscono l’habitat di tutti gli esseri viventi.
- Sono utili in numerosi aspetti della vita quotidiana: il mondo vegetale è, ad esempio, alla base dell’alimentazione umana (la botanica può essere associata all’educazione alimentare); sono fondamentali per il nostro fabbisogno energetico (i combustibili fossili derivano dalla decomposizione di organismi viventi); sono fonti di materie prime e risorse rinnovabili; sono medicine (le piante che vengono utilizzate come medicinali, vengono definite “ piante medicinali ”); sono importanti per il nostro equilibrio psichico: ci sono molti studi che dimostrano l’importanza, per l’equilibrio psichico dell’uomo, della presenza del verde nelle città.
LA MATERIA VIVENTE
La materia vivente è costituita prevalentemente da acqua, questo perché la vita si è originata dagli oceani. Nella materia vivente, l’acqua è una soluzione, in cui sono disciolti sali minerali, piccole molecole e molecole organiche tra cui glucidi, lipidi, protidi e acidi nucleici e poi anche enzimi, ormoni e vitamine. Tali componenti sono presenti in quantità diversa negli esseri viventi (es. le piante sono costituite principalmente da zuccheri). Queste molecole organiche, in particolare gli zuccheri, sono prodotte dalle piante, partendo da luce, acqua e anidride carbonica. Caratteristica di tutti gli organismi viventi è che queste molecole organiche vengono decomposte, demolite, fino ad ottenere acqua e anidride (processo di combustione). Sintesi e combustione, processi opposti l’uno all’altro, sono processi associati e indispensabili, poiché forniscono energia utile all’organismo.
- Glucidi o zuccheri. I glucidi sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno (carboidrati). Distinguiamo tre tipi di zuccheri, in base alla complessità e grandezza molecolare: o Monosaccaridi (o zuccheri semplici): formati da una sola molecola e in genere solubili in acqua. I monosaccaridi più diffusi sono di due tipi: zuccheri a 5 atomi di carbonio e zuccheri a 6 atomi. Quelli a sei atomi più diffusi sono glucosio, fruttosio e galattosio. o Oligosaccaridi: derivano dall’unione di due o tre monosaccaridi e sono solubili in acqua. Dall’unione di due monosaccaridi si ottengono i disaccaridi, tra i quali, i più diffusi sono il maltosio (deriva dall’unione di due molecole di glucosio; spesso si ricava dalla idrolisi dell’amico contenuto nei semi), il saccarosio (zucchero da cucina, formato dall’unione di glucosio e fruttosio; è molto diffuso nelle piante) e il lattosio (che non è presente nel mondo vegetale, bensì animale —zucchero del latte— e deriva dall’unione di un molecola di glucosio e una di galattosio). o Polisaccaridi (o zuccheri complessi): derivano dall’unione di numerosissimi monosaccaridi e non sono solubili in acqua. Essi hanno funzione di riserva o sostegno e protezione. Esempi sono l’amido e la cellulosa: entrambi formati da molecole di glucosio, hanno caratteristiche fisiche diverse, determinate dalla strutture molecolare che, nell’amido è reticolare, nella cellulosa è lineare. L’amido, che ha come principale funzione quella di riserva, si trova in tuberi e semi di cereali; mentre la cellulosa, che ha come principale funzione quella di sostegno, si trova in tutte le piante, poiché principale componente della parete cellulare (è lo “scheletro” delle piante).
- Lipidi o grassi. Si tratta di molecole molto eterogenee, frequenti nel mondo animale. La loro caratteristica principale è di essere idrofobe, cioè rifuggono l’acqua, infatti, essi non si legano all’acqua. I fosfolipidi, una categoria di lipidi, ha una struttura particolare: è costituito da una testa, che è idrofila, e da una coda, che è idrofoba. Questa particolare caratteristica fa sì che queste molecole formino delle pellicole, che sono alla base di tutte le membrane biologiche (i fosfolipidi sono quindi i principali costituenti di tutte le membrane biologiche, quindi li troviamo nel mondo vegetale).
- Protidi o proteine. Le proteine hanno molecole di base, cioè gli amminoacidi (=formati da un gruppo amminico e un gruppo carbossidrico acido), i quali si uniscono tra loro formando catene che vengono dette “polipeptidiche”, se piccole, “proteine”, se grandi. Nel mondo animale hanno funzione strutturale/plastica.
- Acidi nucleici. Sono polimeri. La struttura di base è il nucleotide (composto da una molecola di zucchero a 5 atomi di carbonio, una base azotata e un gruppo fosforico). I
sempre presente la parete cellulare, negli organismi eucarioti è presente solo nelle piante e nei funghi, ma è assente nelle cellule animali. All’interno della cellula eucariotica abbiamo il nucleo, delimitato da una membrana nucleare. Il nucleo è costituito da acidi nucleici, pertanto esso contiene l’informazione genetica della cellula (è da lì che partono i comandi per far funzionare la cellula). Del nucleo, distinguiamo una parte interna, più scura, detta “nucleolo”, e una parte esterna, più chiara, detta “cromatina”: tale differenza dipende dalla densità (compattezza) del materiale genetico. Il centro dell’informazione genetica è rappresentato dai cromosomi, molecole di DNA contenute nel nucleo. Tali cromosomi, data la loro grandezza, per essere contenuti all’interno del nucleo, vengono avvolti strettamente attorno a delle proteine basiche, dette “istoni”. All’interno di ogni nucleo ci sono vari cromosomi: ogni organismo eucariota presenta una doppia coppia di ogni cromosoma (ogni essere umano ha 23 cromosomi, ognuno dei quali ha una coppia, per un totale di 46 ). È per questo motivo che si parla di corredo cromosomico diploide (serie di cromosomi che ha ogni cellula, di 46 negli umani — di questi 46 cromosomi , 44 sono autosomi, cromosomi che contengono l’informazione utile al funzionamento di tutto l’organismo, e 2 sono eterocromosomi e sono quelli sessuali, che determineranno il sesso del futuro nascituro. ORGANULI PRESENTI SIA NELLA CELLULA ANIMALE SIA IN QUELLA VEGETALE
- Mitocondrio : sono piccoli, hanno una forma a fagiolo e sono importantissimi, poiché forniscono energia alla cellula. Infatti, in tali organuli avviene la respirazione cellulare, cioè la combustione: una molecola di zucchero, in presenza di ossigeno, viene demolita a anidride carbonica e acqua, fornendo energia (ciò avviene spezzando legami chimici). I mitocondri sono formati da due membrane: una esterna, più spessa, e una interna, che è ripiegata su se stessa numerose volte, formando delle strutture dette “creste mitocondriali”. È qui che si trovano gli enzimi che servono alla respirazione cellulare e alla demolizione dello zucchero. All’interno della membrana esterna è presente un materiale mucillaginoso, la matrice mitocondriale. Nel mitocondrio sono presenti anche una molecola di DNA e dei ribosomi. Trattandosi di un organulo cellulare, la presenza della molecole di DNA rappresenta una caratteristica particolare: tale molecola di DNA fa sì che essi possano dividersi autonomamente, indipendentemente dalla divisione cellulare, e siano in grado di sintetizzare proteine, grazie ai ribosomi. La presenza della molecola di DNA è spiegata da una teoria che rimanda tale particolare caratteristica all’origine degli organuli: pare che, in origine, miliardi di anni fa, questi organuli fossero degli organismi indipendenti (quindi cellule procariotiche), che poi pian piano sono stati inglobati nella cellula eucariota, poiché molto utili in quanto forniscono energia.
- Ribosomi , unici organuli in comune tra cellule eucariota e procarioti. Non hanno membrana, sono piccolissimi e sono la sede della sintesi proteica.
- Reticolo edoplasmico rugoso e liscio. Il primo è la sede della sintesi e accumulo di proteine; è così definito, poiché formato da membrane biologiche, che formano sacchetti sulla cui superficie si legano i ribosomi (i quali sono sede della sintesi proteica e quindi lo sono anche tali membrane). Il secondo, costituito da membrane plasmatiche, è la sede della sintesi dei lipidi.
- Apparato del Golgi , altro organulo formato da sacchetti delimitati da membrane, è la sede della sintesi dei polisaccaridi.
- Ciglia o flagelli. Si tratta di strutture filiformi dotate di movimento, inserite sulla superficie della cellula, permettendone il movimento. In tutti gli organismi vegetali, ci sono delle cellule provviste di tali strutture e si tratta di gameti maschili (sempre dotati di tali flagelli). Le strutture esclusive della cellula vegetale sono i plastidi, il vacuolo e la parete cellulare. I primi due sono organuli, poiché delimitati da membrana, mentre la parete cellulare è una vera e propria struttura che circonda esternamente la cellula. I plastidi sono organuli presenti in tutte le cellule vegetali (mancano nei funghi, nei batteri e nelle cellule animali) e, in base alle funzioni che possono svolgere, ne distinguiamo tre tipi:
- Cloroplasti : organuli capaci di compiere la fotosintesi (sono di colore verde);
- Leucoplasti: organuli con funzione di accumulo sostanze di riserva, principalmente amido (incolori);
- Cromoplasti: organuli con funzione di accumulo di altre sostanze, dette pigmenti. Proprio per la diversità delle funzioni, tali organuli non sono mai presenti contemporaneamente nella stessa cellula: troviamo i cloroplasti nelle foglie e nelle parti vedi della pianta (i giovani fusti); i leucoplasti nelle radici, organi sotterranei e nei semi; i cromoplasti nell’epidermide di fiori e frutti. Cloroplasti— Sono tra gli organelli più importanti dei vegetali, poiché sono la sede della fotosintesi, possibile grazie alla presenza delle clorofille all’interno di tali organelli, cioè molecole di colore verde che catturano la luce e consentono la trasformazione dell’energia luminosa in energia chimica. In tutti gli organismi autotrofi (dai cianobatteri alle piante superiori) troviamo clorofilla di tipo A; negli organismi di colore verde (nelle alghe verdi e nelle piante superiori terrestri) abbiamo anche la clorofilla B; nelle alghe brune, anche la C; in quelle rosse, abbiamo anche la clorofilla D.
Nelle piante esistono anche dei pigmenti accessori (es. carotenoide arancione cattura il blu — questi pigmenti diventano visibili in autunno, quando il cloroplasto smette di funzionare e la clorofille, non più utile, viene degradata). Lo spettro di assorbimento della clorofilla è limitata, poiché assorbe solo le radiazioni del rosso. Per ampliare tale spettro, ci sono i pigmenti accessori che riescono a catturare altre lunghezze d’onde e riescono a trasformarle in energia chimica. Tra i pigmenti accessori abbiamo i carotenoidi (giallo-arancione), le ficoxantine (delle alghe brune, sono marroni) e le ficoeritrine (pigmenti accessori delle alghe rosse e sono rosse). Il numero di cloroplasti per cellula varia, poiché hanno la capacità di dividersi (da 20 a 80): il numero di cloroplasti varia in base alla luce (più luce colpisce la cellula, più i cloroplasti sono stimolati a dividersi). Possono variare anche in forma e dimensione. Tipicamente, tutte le piante terrestri e le alghe verdi hanno cloroplasti di forma lenticolare, sono piccoli e numerosi. Invece nelle alghe più primitive, i cloroplasti sono pochi, voluminosi e di diversa morfologia. Nelle alghe rosse abbiamo dei cloroplasti di coloro rosso (rodoplasti), in quelle brune troviamo i feoplasti. Le alghe verdi sono molto più comuni rispetto alle brune e alle rosse. Questo perché le radiazioni luminose viaggiano nell’atmosfera più o meno alla stessa velocità, però quando la luce colpisce l’acqua, quest’ultima assorbe selettivamente le radiazioni luminose: le radiazioni rosso-arancio si fermano in superficie, quelle verdi più in profondità, quelle blu ancora più in profondità. Questo determina una zonazione (distribuzione): le alghe verdi, che assorbono il rosso, si trovano più in superficie rispetto alle alghe brune (che, grazie alle ficoxantine, assorbono il verde) e alle alghe brune (che, grazie alle ficoeritrine, assorbono il blu). Ecco perché le alghe verdi sono molto più diffuse. Leucoplasti – Si tratta di plastidi incolore che svolgono funzione di riserva. La maggior parte dei leucoplasti accumulano amido (amiloplasti). Li troviamo nei tuberi, organi sotterranei e semi. Sono organelli molto semplici: hanno una membrana esterna biologica e all’interno hanno granuli di amido. L’amido è un polimero del glucosio, è formato da un numero elevato di molecole di alfaglucosio. Esso è costituito da due porzioni: amilosio e amilopectina. Il primo è un polimero, in cui i polimeri di amido formano catene lineari (ha funzione di riserva), l’amilopectina forma catene e ramificazioni laterali (amido più disponibile). È grazie all’enzima amilasi che riusciamo a digerire l’amido, questo perché tale enzima è in grado di spezzare i legami chimici tra le diverse molecole di glucosio. Inoltre distinguiamo: amido primario e amido secondario. I prodotti della fotosintesi (glucosio) vengono condensati in amido all’interno del cloroplasto: qui, si parla di amido primario. Questo viene poi idrolizzato e trasportato, sotto forma di zuccheri semplici, ai tessuti di riserva della pianta, dove viene ricondensato ad amido secondario, all’interno dei leucoplasti (nello specifico, negli amiloplasti). Cromoplasti— Si tratta di plastidi contenenti pigmenti (prevalentemente carotenoidi), che hanno la funzione di colorare vari organi (fiori, frutti e foglie), infatti si trovano nell’epidermide dei frutti e dei fiori. Essi sono semplici di struttura: hanno una membrana esterna e all’interno presentano questo accumulo di pigmenti. I cromoplasti possono derivare:
- Direttamente dai proplastidi. I vari tipi di plastidi i originano a partire dai proplastidi. In base all’organo in cui si trovano, possono diventare leucoplasti (se si trovano nei tuberi), cloroplasti (se si trovano nella foglia), cromoplasti (se si trovano nella corolla).
- Dai cloroplasti. I cloroplasti, maturando (e con la degradazione della clorofilla) diventano cromoplasti. Pertanto, i cromoplasti rappresentano lo stadio senescente dei cloroplasti.
Il vacuolo è l’organulo più grande di una cellula vegetale: esso può arrivare ad occupare il 90% dello spazio in una cellula adulta, comprimendo gli altri organuli verso i confini della cellula. Il motivo della grandezza del vacuolo e della compressione degli organuli verso la parete cellulare è da rimandare alla funzione dei cloroplasti, che, facendo fotosintesi, catturano più luce se stanno schiacciati alla parete. Il termine “vacuolo” deriva dal latino vacuum , cioè vuoto. Esso è denominato in questo modo, poiché inizialmente si credeva che esso fosse vacante. In realtà, il vacuolo, oltre ad essere delimitato da una membrana detta tonoplasto, al suo interno presenta una soluzione, detta succo vacuolare, fatta di sostanze utili alla cellula e cioè acqua, sali minerali, carboidrati e una serie di sostanze (utili anche agli esseri umani) che fanno parte del metabolismo secondario delle piante. Queste sostanze (di cui se ne trova solo una all’interno del vacuolo) sono:
- Flavonoidi , cosiddetti poiché rappresentano una variazione del flavone. Chimicamente si tratta di polifenoli: le molecole originano da una ripetizione del gruppo del fenolo (unità base dei polifenoli), sono infatti sostanze aromatiche. I flavonoidi sono presenti nella parte più colorata di una pianta (fiori, frutta); infatti, si tratta di sostanze molto colorate (generalmente con sfumature che vanno dal blu, al viola, al rosa). Gruppo particolare di flavonoidi è quello delle antocianine, responsabili del colore blu-viola e prodotti dalla pianta sia perché sono mediatori dell’impollinazione (attirano gli insetti impollinatori), sia perché sono forti antiossidanti (proteggono le parti più delicate della pianta dai raggi solari, che potrebbero provocare delle mutazioni).
- Acidi organici , veri e propri acidi leggeri, presenti soprattutto nella frutta (“acidi della frutta” – es. acido citrico). Per la presenza di acidi, il ph del vacuolo è generalmente acido.
- Alcaloidi (polifenoli, sostanze aromatiche), come caffeina, teina, nicotina. Nell’essere umano, queste sostanze alterano il sistema nervoso. Nelle piante, esse sono prodotti come difesa da patogeni e dall’erbivoria.
- Tannini (polifenoli). Sono presenti nelle piante superiori, in alcuni organi (come il legno, al di sotto della corteccia), nelle foglie di alcune piante o nei semi dell’uva. Essi sono prodotti dalle piante con funzione di difesa dai patogeni e dagli erbivori. Conferiscono un determinato colore e sapore (es. vino più o meno tanninico).
- Terpeni (sostanze aromatiche, con struttura molecolare particolare). Sono i componenti principali delle resine e degli oli essenziali (miscela di terpeni di struttura diversa) e hanno un profumo particolare. Le piante producono queste sostanze per difesa: si tratta di sostanze antisettiche. Tra le funzioni vacuolo, ricordiamo quella dell’accrescimento cellulare, soprattutto per le cellule giovani (le piante crescono molto velocemente, proprio perché le cellule giovani dilatano il loro vacuolo; si parla infatti di distensione del vacuolo). Altra funzione è quella di sviluppare la pressione di turgore, importante nelle piante giovani e nelle parti verdi della pianta. La pianta si sostiene grazie alla parete cellulare, ma le giovani cellule, che presentano una parete cellulare poco spessa, necessitano di un ulteriore “sostegno”, che viene fornito da questa pressione, che quindi permette alla pianta giovane di potersi mantenere eretta e alle foglie di rimanere distese (e foglie appassiscono perché manca tale pressione). Altre funzioni del vacuolo: funzioni litiche o digestive, accumulo di metaboliti di riserva, accumulo di metaboliti secondari (alcaloidi, tannini), accumulo di pigmenti (antocianine).
di lignina (componente essenziale del legno - polifenolo, sostanza aromatica), la quale, depositandosi, conferisce colore scuro e va ad indurire la parete cellulare, conferendole resistenza e impermeabilità. Questo processo avviene prevalentemente nel legno e, in generale, nei tessuti di trasporto e di sostegno (il legno è uno di questi). Inoltre, con la maturazione del legno si ha la pigmentazione: cioè la deposizione di pigmenti, come tannini e fenoli, nelle pareti cellulari della parte interna del legno e nei semi.
- Adcrostazione : le sostanze, dette adcrostanti, non entrano nella parete, ma si depositano sulla superficie esterna. Il più noto è il processo di cutinizzazione, cioè di deposizione di cutina, una cera che conferisce lucentezza. Essa si deposita sulla superficie (sull’epidermide) della pianta, dove forma uno strato detto cuticola. La cutina è impermeabile e serve a limitare la perdita di acqua dalla foglia (senza di essa, le piante morirebbero di disidratazione, quindi ha anche funzione di protezione dalla disidratazione). Un altro esempio è la suberificazione, cioè la deposizione, sulla parete cellulare, di suberina, molecola di alto peso molecolare, impermeabile e leggera. La suberificazione si ha nelle cellule di vari tessuti, ma soprattutto nel sughero (provocando la morte della cellula, l’ispessimento della parte, isolante). Nonostante la presenza della parete cellulare, la comunicazione tra le cellule può avvenire comunque, grazie alla presenza di plasmodesmi , delle interruzioni della parete, attraversate da ponti citoplasmatici. Ciò implica che i citoplasmi delle cellule di uno stesso tessuto siano tutti comunicanti. L’insieme dei citoplasmi comunicanti è detto simplasto; mentre acoplasto è l’insieme delle pareti comunicanti.
MITOSI E MEIOSI
Il processo di divisione cellulare è alla base dello sviluppo di tutti gli organismi viventi. Quella eucariotica può avvenire mediante due processi. Mitosi , processo che riguarda tutte le cellule eucariotiche, in particolare quelle somatiche (che costituiscono il corpo). Mediante tale processo una cellula madre dà origine a due cellule figlie geneticamente identiche fra loro e alla cellula madre. La cellula madre riesce a trasmettere l’intero corredo genetico alle cellule figlie perché, a un certo punto del ciclo cellulare e subito prima della divisione, si verifica il processo di duplicazione del DNA: il patrimonio genetico viene raddoppiato. Ogni singolo cromosoma viene duplicato: si formano due cromatidi (copia del
cromosoma originale) e, come risultato della divisione, le cellule figlie riceveranno un cromatidio. Grazie a questo meccanismo le due cellule figlie sono geneticamente identiche alla cellula madre. Il processo di mitosi è l’unico momento in cui i cromosomi sono visibili: prima della divisione cellulare, i cromosomi si presentano in forma di matasse, le quali, al momento della divisione, si compattano sotto forma di bastoncini. Una linea particolare di cellule, quelle della linea germinale (che daranno origine ai gameti) vanno incontro alla meiosi. Con il processo di meiosi, a partire da una cellula madre, si ottengono 4 cellule figlie aploidi, geneticamente diverse fra loro e dalla cellula madre. Prima che abbia inizio il processo di meiosi, anche qui, si verifica il processo di duplicazione del DNA, quindi si formano i cromatidi. La meiosi si organizza in due divisioni cellulari immediatamente successive: nella prima divisione cellulare, a separarsi non sono i due cromatidi, ma i due cromosomi omologhi di ogni coppia (quello paterno e quello materno finiscono in due cellule diverse). Nella seconda divisione si sperano i cromatidi di ciascun cromosoma. Il risultato della meiosi sta nella formazione di 4 cellule apolidi, ognuna costituita da una sola copia di ciascun cromosoma. Queste 4 cellule hanno un corredo cromosomico dimezzato rispetto a quello della cellula madre. È importante sottolineare che il corredo cromosomico degli organismi eucarioti è diploide (ogni cromosoma è presente in due copie). I cromosomi di ciascuna coppia vengono detti omologhi: sono estremamente simili, ma non identici tra loro, perché in ciascuna coppia di cromosomi omologhi uno è di origine materna, l’altro di origine paterna. Fanno eccezione proprio le cellule deputate alla riproduzione, che, come abbiamo visto presentano un corredo aploide (una sola copia di ogni cromsocoma). Questo è importante ai fini della riproduzione, in quanto la funzione dei gameti è quello di fondersi per dare
Le piante terrestri superiori appartengono al gruppo delle tracheofite, letteralmente “piante provviste di trachee” (trachee= particolare strutture cellulari utili al trasporto della linfa grezza), cioè provviste di tessuti specializzati. A questo gruppo appartengono: peridofite (felci), gimnosperme (gruppo di piante legnose e primitive; conifere come pini, abeti), angiosperme (più evolute; piante erbacee). Tra i tessuti distinguiamo: I tessuti meristematici, tessuti “embrionali”. La loro caratteristica è quella di dividersi continuamente: le cellule sono poco specializzate e non fanno altro che dividersi, favorendo la crescita della pianta. È possibile distinguere: ▪ Meristemi primari: si trovano all’apice del fusto e all’apice della radice, quindi alle estremità del corpo di una pianta. Servono a far crescere la pianta in lunghezza: verso l’alto, nel caso del fusto; verso il basso, nel caso della radice. Essi danno origine alla struttura primaria del fusto e della radice, che corrisponde alle parti verdi, cioè alle parti più giovani della pianta (fusti giovani, foglie, fiori, frutti). ▪ Meristemi secondari: si trovano su tutta la lunghezza della pianta. Essi servono all’accrescimento in larghezza della pianta. Da questi deriva la struttura secondaria della pianta. I tessuti adulti, che derivano da quelli meristematici. Qui, le cellule, che cessano di dividersi, si differenziano (attraversano un processo di specializzazione), acquisendo funzioni specifiche. Possiamo distinguere: ▪ I tessuti fondamentali, che costituiscono il corpo della pianta. Tra questi: o Tessuti parenchimatici. Essi riempiono il corpo della pianta e, sulla base delle funzioni che svolgono, abbiamo: ➢ Tessuto parenchimatico clorofilliano: si occupa della fotosintesi (ha cellule ricche di cloroplasti) e si trova nelle parti verdi della piata (foglie, giovani fusti). ➢ Tessuto parenchimatico di riserva: si occupa dell’accumulo di sostanze di riserva e si trova negli organi di riserva e nei semi (nelle parti lontane dalla radiazione solare). Il più diffuso è l’amilifero (cellule ricche di amiloplasti). ➢ Tessuto parenchimatico acquifero: ha cellule ricche di acqua, la quale è contenuta nel vacuolo insieme a sostanze mucillaginose che permettono di trattenere l’acqua. Questi tessuti sono presenti in piante che crescono in ambienti aridi: parliamo di piante succulenti (erroneamente definite “piante grasse”), come l’aloe vera. ➢ Tessuto parenchimatico aerifero: in realtà, non è un tessuto di riserva. Viene così definito perché ricco di spazi intercellulari che permettono la circolazione dell’aria e dei gas (per far sì che questi arrivino alle radici). Questo tessuto è presente nelle piante che crescono in luoghi in cui c’è poca circolazione dell’aria; quindi nelle piante acquatiche, che vivono in terre ti inondate, come le ninfee. o Tessuti meccanici, di sostegno. Le pareti sono molto spesse (danno sostegno) e sono impregnate di lignina (molecola che incrosta la parete, conferendole una grande resistenza). Abbiamo: ➢ Il collenchima (tessuto collenchimatico), tipico delle parti verdi e giovani della pianta. Esso ha delle pareti spesse, ma non lignificate. ➢ Lo sclerentica (tessuto sclerenchimatico). Qui, le pareti cellulare sono spesse e lignificate: la lignina, oltre ad essere impermeabile, indurisce la parete e permette resistenza alla compressione. La lignina, poiché rende impermeabile la parete, impedisce gli scambi interno-esterno della cellula, la quale muore, ma continua a svolgere la sua funzione di sostegno. In base alla formula di questa cellula, distinguiamo tra: fibre, presenti in varie parti
del corpo della pianta, come il fusto; e sclereidi, che si trovano spesso nella frutta, nella polpa (es. pera). ▪ I tessuti tegumentali, tessuti di rivestimento. La struttura primaria della pianta (foglie, giovani fusti) è rivestita da epidermide e rizoderma; la struttura secondaria (fusto, rami, radici) da periderma. o Epidermide (riveste il fusto). Il suo ruolo è quello di limitare le perdite di acqua. Ha varie caratteristiche, tra cui: delicatezza e trasparenza (è costituita da un unico strato di cellule trasparenti, per far sì che la luce colpisca il tessuto clorofilliano sottostante); è colorata nei frutti e nella corolla dei fiori; è rivestito di cutina. L’epidermide, che non deve essere impermeabile, è interrotta da aperture, dette stomi, la cui apertura-chiusura è regolata dalla pianta stessa. Questi permettono la traspirazione e lo scambio di gas. o Rizoderma (riveste la struttura primaria della radice). Si tratta di un tessuto semplice: è monostratificato; le cellule hanno pareti poco spesse e sottili (lo scopo della radice è quello di assorbire acqua); può presentare delle estroflessioni, detti peli radicali, per aumentare la superficie assorbente. o Periderma (riveste la struttura secondaria della pianta: tronco, rami, parti robuste della radice). Nella parte esterna le cellule hanno subito il processo di suberificazione (deposizione della suberina, si forma cioè il sughero); infatti, questo rivestimento isola la pianta dall’esterno con una serie di vantaggi: impedisce la traspirazione, quindi la perdita d’acqua, e l’attacco di patogeni e parassiti (es. la “corteccia”, cioè ritidoma, di un albero è fatta di periderma). ▪ I tessuti vascolari. Essi servono al trasporto della linfa. Di quest’ultima, nelle piante superiori, distinguiamo due tipi: o Linfa grezza: si tratta di una soluzione costituita da acqua e sali minerali che viene trasportata, dalle radici alle foglie, dal tessuto xilema, anche detto legno. Lo xilema ha varie caratteristiche: è costituito da vasi, detti trachee, che corrispondono agli elementi conduttori. Queste trachee si presentano come tubicini molto lunghi, dentro i quali scorre la linfa grezza. Si formano grazie a delle cellule che si impilano l’una sopra l’altra, lignificano la parete e muoiono: la parte lignificata rimanente corrisponde a questi tubicini. Per le pareti del legno (tessuto), il processo di lignificazione è molto importante poiché, grazie alla resistenza apportata dalla lignina, si va a prevenire il collasso dei vasi. Tale collasso potrebbe verificarsi poiché tra le foglie che, traspirando, perdono acqua e le radici, dalle quali parte la linfa grezza, si va a creare una pressione interna che, se eccessiva, può provocare il collasso delle trachee. Pertanto, li xilema, essendo composto anche da fibre (tessuto meccanico sclerentico), si presenta come un tessuto molto resistente. o Linfa elaborata: si tratta di una soluzione costituita da acqua e dagli zuccheri che vengono sintetizzati nel corso della fotosintesi nelle foglie. Infatti, la linfa elaborata si forma nelle foglie e viaggia verso le altre parti della pianta , trasportata dal tessuto floema, anche detto libro. Il floema è un tessuto vivo, al contrario del legno, che è fatto di cellule morte. Anche qui, le cellule sono impilate una sull’altra. Il floema è uno strato sottile che circonda il legno ed è a sua volta circondato dal ritidoma (“corteccia”), cioè la struttura secondaria.
I tre organi della pianta superiore sono la radice (porzione ipogea), il fusto e foglie (porzioni epigee). Radice — È la parte sotterranea della pianta, cioè la parte ipogea. Quando si sviluppa si allunga verso il basso. Ha due funzioni principali: e due secondarie (nell’ordine):
- Funzione di assorbimento: la radice assorbe acqua e sali minerali.
- Funzione di ancoraggio: la radice permette di mantenere la pianta incollata al substrato.
- Funzione di accumulo di sostanze di riserva.
- Funzione di produzione di ormoni. Da un punto di vista morfologico (forma, struttura), distinguiamo:
- Radice a “fittone” (es. carota): in tale apparato radicale è presente una radice principale che si accresce indefinitamente (non muore mai) e da cui si originano radici secondarie che si ramificano in radici di terzo, quarto ordine… : si ottiene quindi una struttura gerarchica.
- Radice fascicolata (es. frumento, orzo, riso). Alla nascita, è presente una una radice primaria che, già nei primi stadi di sviluppo, muore. Dalla base del fusto si originano tante radici, dette avventizie, che formeranno l’apparato radicale (quando si parla di radici avventizie, facciamo riferimento a tutte quelle radici che si formando dalle parti aeree della pianta - dal fusto o dai rami. Es.: l’apparato di radici fascicolate; l’edera, dal cui fusto partono delle radici (aggrappanti) che hanno funzione di ancoraggio; il ficus, una pianta molto grande, dai cui rami, cadono verso il terreno delle radici avventizie che si sviluppano quando entrano in contatto con il terreno e svolgono funzione di sostegno). Lo sviluppo della radice dipende alla specie di appartenenza e dalle condizioni ambientali: in ambienti secchi, aridi, caldi e poco piovosi (deserto), la radice avrà sempre un grande sviluppo, in modo tale che la pianta possa raggiungere maggiori porzione di terreno, da cui captare acqua; in ambienti ricchi di acqua, come quelli inondati, la radice ha uno sviluppo molto inferiore. In linea generale, però, la parte ipogea ha sempre uno sviluppo superiore rispetto alla parte epigea. Da un punto di vista anatomico, la radice presenta innanzitutto una parte terminale, che corrisponde alle estremità delle radici, siano esse primarie o secondarie. Si tratta della parte più importante dell’intero apparato radicale poiché è qui che avviene l’assorbimento dell’acqua: a parte i pochi centimetri della parte terminale, tutto il resto della radice ha solo funzione di ancoraggio. In particolare, individuiamo l’apice radicale, dove troviamo i meristemi primari, (cellule che si moltiplicano continuamente, generando l’accrescimento in lunghezza e profondità della radice). Data la loro delicatezza, i meristemi sono protetti da un insieme di cellule gelatinose, dette cuffia. All’apice segue una zona di differenziazione e, successivamente, la struttura primaria, zona pilifera (la zona più importante dell’intera radice, così definita, poiché il rizoderma è fatto di peli radicali che favoriscono l’assorbimento dei nutrienti, in quanto
aumentano la superficie assorbente della radice). Segue la struttura secondaria, dove troviamo il periderma, che non permette il passaggio dell’acqua, perché impermeabile. La parte più importante è quindi la struttura primaria. Essa è costituita, dall’esterno all’interno, dal tessuto di rivestimento (rizoderma e peli radicali – tessuto tegumentale), da uno strato di cellule rotonde e colorate, detto corteccia (cioè un parenchima di riserva; nelle radici, principalmente amilifero – tessuto fondamentale), da una parte più interna, detta cilindro centrale o stele, dove troviamo i tessuti conduttori, ossia legno e libro. Questi sono disposti in modo da formare una struttura raggiata, tipica struttura della radice, detta actinostele. La struttura primaria è molto piccola, rispetto a quella secondaria, dove, all’esterno abbiamo un tessuto di rivestimento spesso (periderma, che ha solo funzione di ancoraggio) e all’interno abbiamo legno e libro. Modificazione della radici
- Radici tuberrizzate: si tratta di radici molto ingrossate (l’ispessimento è dovuto all’accumulo di riserva), come carote, rape, ravanelli (ortaggi)
- Radici aeree (pneomatofori): radici, ricche di parenchimi aeriferi, che, vivendo in aree dove il suolo è inondato da acqua, per evitare l’asfissia delle radici, si sviluppano vero l’alto per consentire la respirazione della pianta.
- Radici simbiotiche: radici che vivono in simbiosi con altri organismi. La simbiosi corrisponde a una convivenza interattiva a lungo termine tra due organismi di due specie diverse. Se in questa stretta relazione una sola delle due specie ha un vantaggio, mentre l’altra resta invariata, si parla di commensalismo (es. flora batterica intestinale); se tutte e due sono avvantaggiate, si parla di simbiosi mutualistica o simbiosi vera e propria; se un organismo è in vantaggio e l’altro in svantaggio, si parla di parassitismo (es. virus e batteri patogeni). Nel caso delle radici, esse mettono sempre in atto simbiosi mutualistiche. o Un caso è quello della simbiosi tra le radici delle fabacee (famiglia di angiosperme cui appartengono specie che producono legumi) e i batteri Rhizobium. Le radici delle fabacee presentano dei noduli radicali, nei quali vivono i batteri: i batteri traggono come vantaggio il nutrimento, cioè zuccheri; nella pianta, il vantaggio sta nel fatto che tale batterio ha la capacità di organizzare l’azoto (azotofissatori), il quale viene poi ceduto alla pianta. L’azoto è importantissimo per la formazione delle proteine a, essendo presente sotto forma di gas nell’atmosfera, esso non è fruibile. Il batterio riesce a trasformarlo da inorganico a organico. Questa particolare proprietà delle fabacee è stata sfruttata molto dagli agricoltori attraverso il meccanismo delle rotazioni agrarie (si evita di mantenere in un terreno agricolo la stessa coltura per molto tempo, il che impoverirebbe il terreno): a ogni coltura si alternata quelle delle fabacee, perché permettono l’arricchimento del terreno di azoto (ovation). o Simbiosi tra la radice e un fungo (micorrize): fenomeno diffusissimo; interessa quasi tutte le specie forestali, in particolare quella delle orchidee (talmente dipendenti da questa simbiosi, senza la quale il loro seme non potrebbe germinare). La simbiosi avviene perché il fungo è formato da una serie di filamenti che si sviluppano nel terreno: alcuni di questi entrano in contatto come le radici della pianta, con cui entrano in simbiosi. Il fungo prende zuccheri dalla pianta, la pianta amplifica le sue possibilità di captare acqua e sali minerali, tramite il micelio del fungo (che cattura queste sostanze). Fusto — (parte epigea, insieme alle foglie). Il fusto ha due funzioni principali e due secondarie (nell’ordine):
- Di sostegno all’apparato fogliario;
- Di trasporto-conduzione (qui troviamo la maggior parte i dei tessuti di trasporto).
- Di Fotosintesi;
duramen e alburno sta nel fatto che, crescendo, la pianta invecchia e non tutto il legno mantiene le sue potenzialità: l’alburno (più giovane) è la parte attiva, mentre il duramen (più vecchio) perde le sue capacità e si impregna di sostanze come resina e oli che lo rendono duro e resistente (il duramen è più pregiato a livello commerciale).
- Subero - fellodermico, che dà origine al rivestimento (sughero). Il sugherò e isolante: questo non consente alla pianta di respirare, motivo per cui lungo il fusto si trovano delle piccole aperture, vere è proprio fratture del sugherò, dette lenticelle (da queste aperture i tessuti respirano e si ha lo scambio dei gas). Nelle monocotiledoni non esiste struttura secondaria, ma ce ne sono alcune che hanno un accrescimento secondario senza che vi sia parte secondaria (come la palma). Modificazione del fusto — Non tutti i fusti sono come descritti, ci sono fusti che nel corso dell’evoluzione hanno subito adattamenti particolari.
- Rizomi: si tratta di fusti che nascono e crescono sotto la superficie del suolo, producendo radici verso il basso e fusti epigei verso l’alto. Per distinguere un rizoma da una vera radice basta semplicemente cercare nodi e internodi: se questi sono presenti, si tratta di un rizoma. A livello di tali nodi, non sono inserite le foglie, ma le radici e i fusti. La funzione dei rizomi è vegetativa: è un efficiente sistema di propagazione di piante (es. l’iris, specie rizomatosa). Questa capacità può, tuttavia, risultare fastidiosa e addirittura nociva per altre piante (es. la gramigna rossa, grazie ai rizomi, si diffonde molto velocemente, mettendo in difficoltà specie autoctone — infatti, viene definita infestante). In alcuni casi, i rizomi possono avere funzione di riserva: si presentano quindi ingrossati, poiché hanno accumulato al loro interno sostanze nutritive (es. zenzero).
- Stolone. Molto simile al rizoma, l’unica differenza sta nel fatto che, mentre il rizoma si sviluppa sotto terra, lo stolone si sviluppa sulla superficie del terreno. Anch’essi hanno funzione vegetativa di propagazione (es. fragola).
- Tuberi: fusti modificati sotterranei molto ingrossati poiché ricchi di parenchima amilifero, infatti la loro funzione principale è quella di accumulo di riserva. Possono avere anche funzione vegetativa.
- Bulbi: fusti, o meglio, gemme sotterranee protetta da foglie incolori, dette catafilli. Hanno funzione di resistenza: quando la stagione è sfavorevole, la parte epigea muore e rimane la parte sotterranea che sarà protetta dalle condizioni climatiche estreme (es. zafferano/ specie allium come cipolla, agli).
- Fusti succulenti: questi fusti nascono in ambienti tipicamente caldi e aridi, dove le piante accumulano acqua mediante il tessuto acquifero. Proprio per proteggersi dalla disidratazione, tali piante non posseggono foglie, le quali, mediante la traspirazione, perderebbero acqua. Per questo, le foglie si sono trasformate in spine. Non essendoci foglie, sarà il fusto ad occuparsi della funzione fotosintetica: sarà infatti colorato di verde.
- Cladodi: fusti trasformati in foglie. Tali fusti sono appiattiti, verdi e composti da rami appiattiti, che vengono scambiati per foglie. In realtà, la vera foglia di questi tipi di fusti, è una spina posta all’apice.
- Spine caulinari (biancospino): piante spinose, in cui il fusto si trasforma in spina. Non si tratta di vere e proprie spine, bensì di rami laterali appiattiti.
Foglia — la foglia è un appendice del fusto e risulta essere un vero e proprio laboratorio chimico, questo perché essa è sede di tantissime reazioni e processi chimici. Più importante tra questi è sicuramente la fotosintesi, processo a cui si aggiunge quello della sintesi di ormoni, della produzione di vitamine. Le foglie traspirano: attraverso gli stomi, la foglia perde acqua sotto forma di vapore acqueo. Per rispondere alla funzione di fotosintesi, la foglia possiede una forma piatta e larga, lembo o lamina, che le permette di captare quanta più radiazione possibile. In alcuni casi, la lamina non può, però, essere troppo estesa, poiché provocherebbe una traspirazione eccessiva che potrebbe essere nociva per la pianta. Ogni foglia si inserisce nel fusto grazie a un picciolo e mediante il nodo. Le foglie non sono disposte in modo casuale, ma in modo particolare, questo perché la loro disposizione favorisce la captazione di maggiore luce solare. La disposizone può essere:
- A spirale, nella maggior parte dei casi (si parla di inserzione alternata o foglie alterne).
- A coppie: le foglie si inseriscono a coppie sul fusto e, molto spesso, ogni coppia è ruotata ad angolo retto rispetto alla successiva (foglie opposte); questa disposizione consente a tutte le foglie di ricevere luce solare.
- A raggiera: le foglie, dette verticillate, a livello dei nodi si inseriscono a raggiera sul fusto.
- In alcuni casi, il picciuolo non c’è: la lamina si inserisce direttamente nel fusto (foglie sessili).
- Nei casi di graminacee, la lamina fogliare non solo è sprovvista di nocciolo, ma addirittura abbraccia il fusto, formando una guaina (es. poacee). La lamina può presentarsi con una varietà diversa di foglie. Sulla forma delle foglie si basa una buona parte della tassonomia botanica (spesso l piante si distinguono proprio grazie alla forma tipica delle foglie). Casi comuni:
- Quando la lamina fogliare è intera è unica, parliamo di foglie semplici.
- Quando la lamina è divisa in tante foglioline, dette segmenti , parliamo di foglie composte.
- Una foglia composta molto complessa è formata da vari segmenti suddivisi in svariate foglioline. Inoltre, la maggior parte delle foglie presenta una pagina superiore e una inferiore: questo tipo di foglie sono dette dorsoventralie o bifacciali (es. angiosperme dicotiledoni). Ci sono poi foglie isofacciali: qui le foglie non sono orientate orizzontalmente rispetto al terreno (non presentano faccia superiori e e inferiore), bensì verticalmente (es.monocotiledoni - iris). Laboratorio foglie allo specchio. Anatomia della foglia — Nella foglia abbiamo:
- Epidermide di rivestimento (quella della faccia superiore è più spessa rispetto a quella inferiore, in modo tale da potersi riparare dall’evaporazione eccessiva dell’acqua)
- Parenchimatico clorofilliano, detto mesofillo, che si dispone al disotto dell’epidermide. Esso occupa quasi tutto lo spessore della foglia e risulta essere più denso e compatto verso la faccia superiore (si parla di tessuto a palizzata); mentre, verso la faccia inferiore, è meno denso (si parla di tessuto lacunoso).
- Tessuti di trasporto, cioè i fasci cribro-vascolare, che corrispondono alle nervature fogliari. Queste ultime possono essere più o meno sporgenti (sporgono più nella faccia
