Introduzione alla botanica

1. Seconda lezione Introduzionealla botanica Dott. CINTONI CARLO

2. Schema di una piantasuperiore in essa distinguiamo le tre parti fondamentali: • Foglie • Fusto • Radici

3. La foglia è il centro vitale della pianta. • Distinguiamo due parti principali: • Il lembo(o lamina) • è la parte piatta, con spessore di un quarto di millimetro cattura la luce solare,preleva l’anidride carbonica, emette vapore acqueo ed elimina l’ossigeno. • Le nervature • sono la struttura di sostegno della pianta ma fungono anche da vasi in cui scorre l’acqua ed i sali minerali dalle radici (vasi legnosi) e dopo allontanano la linfa elaborata contenente i prodotti della fotosintesi (vasi cribrosi)

4. La superficie superiore ( epidermide superiore ) è protetta da una sottilissima cuticola; al di sotto di essa si trovano delle cellule prismatiche addossate fra loro ricche di plastidi ( organi in cui si svolge la fotosintesi ) che costituiscono il cosiddetto tessuto a palizzata. Nella parte sottostante osserviamo delle cellule con forma meno regolare, separate da ampi spazi in cui circola l’aria, è il tessuto lacunoso che , insieme al tessuto a palizzata, forma lo strato interno della foglia, detto mesofillo. Inferiormente la foglia è protetta dall’epidermide inferiore anch’essa ricoperta dalla cuticola. In questo strato si osservano minuscole aperture: gli stomi.

5. Attraverso gli stomi avvengono gli scambi gassosi fra la foglia e l’ambiente. Essi comunicano direttamente con le lacune del mesofillo. L’estensione complessiva della superficie delle lacune rende possibile una grande quantità di scambi gassosi in particolare di anidride carbonica presente solo in piccolissima percentuale nell’atmosfera ( 5% )

6. Fotografia al microscopio a scansione che mostra uno stoma aperto nell’epidermide di foglia di cetriolo (Cucumis sotivus)

7. Fotografia al microscopio a scansione che mostra uno stoma chiuso nell’epidermide di foglia di prezzemolo (Apium petroselinum).

8. . La superficie della foglia è protetta da uno strato di cellule (epidermide); al disotto di questo, si trovano strati di cellule “a palizzata’’ricche di cloroplasti, gli organelli cellulari contenenti la clorofilla.

9. I cloroplasti sono addensati soprattutto verso la superficie delle cellule; in questo modo, possono “raccogliere” meglio la luce solare.

10. Osserviamo la struttura di un cloroplasto. Esso ha una forma approssimativamente ovale, ed è protetto da una doppia membrana. Internamente, è costituito da una sostanza fondamentale, detta stroma, in cui si possono osservare numerose lamelle parallele che qua e là sembrano ispessirsi a formare i cosiddetti grani.

11. A maggiore ingrandimento, si può osservare che i grani sono formati da pile di dischetti, derivati da una ben precisa modificazione delle lamelle; è all’interno di queste strutture a disco che si svolge la fotosintesi.

12. Al disotto dello strato protettivo di ognuno di questi dischetti si trovano numerosi corpiccioli di piccolissime dimensioni: sono i cosiddetti quantosomi. Ciascuno di questi corpuscoli microscopici è formato da circa 200 molecole di clorofilla.

13. Ci sono delle piante che effettuano la fotosintesi, ma non sono di colore verde. in esse c’è una grande quantità di sostanze colorate, i pigmenti, che “nascondono” con il loro colore il verde della clorofilla. Un fenomeno simile si verifica nelle foglie che in autunno diventano di un bel colore giallo.. In esse, all’arrivo del freddo, la clorofilla scolorisce, e per questo diviene evidente il colore degli altri pigmenti

14. Il fusto o càole inizia dal colletto delle radici e si innalza verticalmente nell’aria portando su di sé rami e foglie. Non è indispensabile alla vita della pianta ma ha la funzione di ponte, collegamento tra le radici e le foglie. Le sue dimensioni sono molto variabili e vanno da pochi millimetri fino ai cento metri di altezza. Esso cresce anche in larghezza in modo discontinuo, ciò determina la formazione dei caratteristici anelli di crescita. Lo sviluppo in larghezza risulta indispensabile alla formazione di un organo di sostegno sufficientemente robusto per sorreggere il peso della chiome dell’albero che può essere anche di parecchie tonnellate.

15. Le cellule più importanti della pianta, si trovano nelle foglie e devono vivere, come abbiamo visto, sempre immerse nell’acqua; solo così, infatti, possono effettuare la fotosintesi clorofilliana. Il fusto ha lo scopo principale di rifornirle continuamente di acqua. Al suo interno troviamo un tessuto detto legno o xilema in cui vi sono dei canalini specializzati in questo tipo di trasporto. In seguito al processo fotosintetico la linfa raffinata contenente gli zuccheri deve essere trasportata in tutti gli organi della pianta, anche per questo scopo nel fusto troviamo un tessuto specializzato detto libro o floema.

16. Osservando una porzione di tronco al microscopio vediamo che esso è composto da diversi tipi di elementi, di cui i principali sono tre: -le fibre di sostegno, cellule morte lunghissime e sottilissime con spesse pareti poiché ricoperti di un materiale molto resistente e combustibile la lignina. Hanno lo scopo di rendere duri e contemporaneamente elastici gli organi di cui fanno parte; -i vasi di trasporto: legno o xilema e libro o floema; -le cellule del parenchima (dal greco parenkhéo - spandere), cellule vive con il compito di immagazzinare sostanze di riserva da rendere disponibili durante il risveglio primaverile.

17. I fusti legnosi sono quelli che hanno la struttura più elaborata. La parte più interna del tronco detta cuore o durame è formata da cellule riempite di resine e da altro materiale: sono cellule morte totalmente inattive. La parte più esterna è la parte ove avviene il passaggio dell’acqua.

18. Via via che i vasi del legno vengono messi fuori uso entrano a far parte del cuore. Al loro posto si formano sempre nuovi vasi grazie all’azione di un tessuto specializzato, il cambio, che, nella stagione di crescita della pianta (primavera, estate e stagione delle piogge) fornisce nuove cellule allo strato che si trova al suo esterno, cioè il libro o floema. Nel frattempo esso viene spinto in fuori e danneggiato dalla crescita del legno quindi ogni anno deve essere ricostruito. È proprio questo processo che porta alla formazione dei caratteristici “cerchi annuali di accrescimento”. La stessa cosa accade alla corteccia, che viene ricostruita da un tessuto simile al cambio, detto fellògeno ( dal greco phellós – sughero e ghennao – formazione)

19. Sviluppo del fusto in un’angiosperma arborea. (a) Primo stadio dello sviluppo primario, che mostra i meristemi primari. (b) Al completamento della crescita primaria. (c) Origine del cambio cribrolegnoso. (d) Dopo la formazione di parte di xilema secondario e floema secondario. (e) Al termine della crescita del primo anno, che mostra l’effetto della crescita secondaria — inclusa la formazione del periderma — sul corpo primario della pianta.

20. Il legno di maggior pregio si ricava dal cuore. Nell’immagine sono indicati i piani di taglio con cui ricavare dal tronco assi di diverse dimensioni. Un differente tipo di legno, particolarmente ricercato dai mobilieri, si può ottenere in molti alberi dagli ingrossamenti delle radici ( radiche )

21. il fusto insieme alle foglie è indicato col nome di germoglio. • Distinguiamo: • L’apice; vero centro di produzione di cellule meristematiche (indifferenziate) che ne provocano l’allungamento • I primordi fogliari daranno origine alle foglie • I primordi delle gemme laterali daranno origine ai rami laterali • I nodi e gli internodi Foglia in via di formazione internodo

22. L’apice del germoglio, qui rappresentato schematicamente, mostra come le cellule si dividano sia periclinalmente (secondo piani perpendicolari alla superficie del meristema) che anticlinalmente

23. L’organizzazione tunica-corpus possiede una tunica bistratificata, rappresentata dagli strati L1 e L2 del meristema apicale Lo strato iniziale del corpus è rappresentato dallo strato L3. Il corpus corrisponde alla zona delle cellule madri centrali. (c) Divisioni anticlinali e periclinali. Le divisioni cellulari degli strati della tunica sono quasi esclusivamente anticlinali, mentre quelle dello strato iniziale del corpus, dividendosi periclinalmente, aggiungono cellule al corpus. Particolare dell’apice del germoglio

24. Le radici svolgono due funzioni principali, una fisiologica ed una meccanica. La prima consiste nell’assunzione dal terreno di acqua e Sali minerali e nel loro trasporto verso il fusto e le foglie. La seconda nell’ancoraggio della pianta al suolo. Una funzione secondaria della radice è quella di fungere da organo di riserva, in cui vengono accumulate sostanze nutritive da utilizzare in stagioni particolarmente avverse.

25. Se osserviamo l’apice di una radice vi possiamo distinguere facilmente alcune “regioni”. La parte estrema, a forma di cono con il vertice arrotondato, prende il nome di cuffia e avvolge i primi millimetri della radice. Ben protette da essa, al centro dell’apice, vi sono alcune cellule che continuamente si dividono (cellule meristematiche ) responsabili della crescita delle radici. Apice radicale fortemente ingrandito

26. A poca distanza dall’apice troviamo una zona non più lunga di un centimetro, avvolta da una fitta peluria. Ci rendiamo conto che i peli non sono altro che estroflessioni delle cellule che rivestono la radice. E’ la zona dei peli radicali. I peli radicali sono simili a microscopiche dita, avvolgono le particelle del terreno assorbendo il velo d’acqua che le circonda. Hanno vita breve, con il crescere della radice, la loro funzione assorbente è sostituita da quella opposta, cioè impedire il passaggio dei liquidi dall’esterno all’interno e viceversa. Ciò è consentito da una sostanza impermeabile che a mano a mano ricopre le pareti di queste cellule, la suberina.

27. Insieme all’acqua le radici assorbono diverse sostanze in essa disciolte, indispensabili alla vita della pianta. Nel terreno sono presenti però anche sostanze che possono addirittura risultare tossiche. L’acqua deve dunque passare una specie di dogana ove la pianta esamina queste sostanze ammettendo solo quelle utili. Quest’esame avviene nell’endoderma (pelle interna), un tessuto che circonda la parte centrale della radice.

28. L’acqua e le sostanze in essa disciolte sono costrette ad entrare all’interno delle cellule dell’endoderma attraversando una loro membrana interna detta plasmalemma. E’ proprio su questa membrana che le sostanze vengono riconosciute. Alcune molecole che si trovano su questa membrana possono “legarsi” con determinate sostanze utili alla pianta, queste vengono così riconosciute dal plasmalemma ed in brevissimo tempo vengono rilasciate all’interno della cellula. Le sostanze prive di “lasciapassare” sono invece bloccate all’esterno del plasmalemma.

29. Il liquido così assorbito, detto linfa grezza, viene distribuito a tutte le parti della pianta attraverso il sistema detto dei vasi legnosi. Meta finale di questa rete di trasposto sono le foglie dove questa linfa grezza si arricchisce dei prodotti della fotosintesi divenendo linfa elaborata pronta per essere distribuita a tutte le parti dell’organismo da un altro sistema di vasi, i vasi cribrosi, che costituiscono nel loro insieme il cosiddetto “libro”. Generalmente la linfa grezza si muove verso l’alto attraverso i vasi legnosi, mentre quella elaborata si muove nei vasi cribrosi verso il basso. I due tipi di vasi sono disposti ordinatamente all’interno della pianta, anche se presentano una diversa disposizione passando dal fusto alla radice.

30. Una delle funzioni delle radici è quella di ancorare la pianta al terreno che svolgono avviluppando il terreno con una fitta rete di radichette. Per questa loro funzione le sezioni della radice si differenziano moltissimo da quelle del tronco, in particolare per ciò che riguarda i tessuti più resistenti cosiddetti meccanici, che nel fusto si trovano verso l’esterno, mentre il centro è addirittura cavo o occupato dal midollo. Nelle radici essi si trovano invece al centro. In base al modo in cui le radici si dividono e si dipartono dalla base del fusto possiamo distinguerne tre tipi fondamentali: -a fittone -fascicolate -caulinari

31. Numerose sono le modificazioni delle radici dovute all’adattamento a particolari ambienti o modi di vita. Tra esse: -le radici avventizie, utilizzate da piante rampicanti per aderire ai sostegni più disparati, partono ai lati del fusto anche a grande distanza dalla base, in alcune piante parassite esse possono essere modificate in organi che permettono al parassita di sottrarre le sostanze nutritive dell’ospite e vengono dette austori; -le radici acquatiche, adattate a trarre sostanze minerali utili direttamente dall’acqua. In alcune specie sono munite di clorofilla e sono sostituite alle foglie; -le radici aeree, sono radici che, pur spingendosi nel terreno non partono dalla base, bensì dai rami, queste piante sono diffuse principalmente nelle regioni tropicali; -radici respiratorie o pneumofori, sono tipiche del cipresso della Virginia e funzionano pressappoco come i boccagli dei pescatori subacquei.

32. Le piante vengono definite secondo i loro cicli stagionali: • ANNUALI, l’intero ciclo dal seme alla pianta vegetativa, alla pianta fiorita e di nuovo al seme avviene nel giro di una sola stagione di crescita che può durare anche poche settimane.Soltanto il seme dormiente unisce una stagione di crescita con la successiva • 2.BIENNALI, due stagioni debbono trascorrere tra la germinazione del fiore e la formazione del nuovo seme. La prima stagione di crescita si conclude con la formazione della radice, di un corto fusto e di una rosetta vicino alla superficie del suolo. Nella seconda stagione crescita, fioritura ,fruttificazione, formazione dei semi e morte si succedono completando il ciclo vitale. • Ambedue sono piante raramente legnose, anche se a volte hanno crescita secondaria.

33. 3.PERENNI sono le piante le cui strutture vegetative vivono anno dopo anno. Possono essere erbacee o legnose. Le erbacee passano le stagioni sfavorevoli come radici sotterranee dormienti, rizomi, bulbi o tuberi. Le perenni legnose che comprendono rampicanti, arbusti e alberi, sopravvivono anche con la parte aerea, generalmente arrestando la crescita durante le stagioni sfavorevoli. Le perenni legnose fioriscono soltanto quando diventano adulte, ciò può richiedere anche parecchi anni. Alcune di esse delle zone temperate, sono decidue perdono cioè tutte le foglie allo stesso tempo sviluppandone di nuove dalle gemme quando la stagione diventa nuovamente favorevole. Negli alberi sempreverdi e negli arbusti le foglie vengono perdute e rigenerate continuamente ma non contemporaneamente.

34. La durata dello stato vegetativo non è sufficiente a darci un’idea del ciclo vitale di una pianta: è importante conoscere la sua durata relativa, paragonata cioè alla durata dello stato riproduttivo. Nelle piante annuali lo stato riproduttivo è breve come la fase vegetativa, una volta avvenuta la maturazione dei semi la pianta muore. Nelle piante biennali lo stato vegetativo può durare un anno e più, mentre il periodo riproduttivo è anche per esse assai breve. Nelle piante perenni che vivono per molti anni, lo stato riproduttivo può essere brevissimo, maturati i suoi primi frutti la pianta muore; oppure molto lungo se la pianta è in grado di ripetere la sua fioritura e la fruttificazione per molti anni come nel caso dei nostri alberi da frutto.

35. Nel periodo vegetativo la pianta si accresce e si sviluppa. I due fenomeni possono in parte svolgersi contemporaneamente. L’accrescimento è l’ingrandimento del corpo, l’aumento di volume e di peso; può essere in lunghezza (primario) che interessa tutte le parti della pianta, avviene in seguito alla proliferazione delle cellule dell’apice vegetativo e delle gemme determinando un aumento della lunghezza della pianta o di alcune sue parti; o in spessore (secondario) che si realizza solo nei fusti e nelle radici mentre manca completamente nelle foglie è determinato dalla proliferazione delle cellule del cambio già viste studiando il tronco. Lo sviluppo invece consiste nell’acquisizione di caratteristiche nuove e nella capacità di svolgere nuove funzioni un esempio di ciò è il raggiungimento della maturità sessuale.

36. Le piante sono organismi complessi, con organi differenziati, che rispondono agli stimoli esterni, risentono delle variazioni ambientali e con grande capacità di adattabilità ad esse. Cosa rende possibile questa meraviglia? Distinguiamo fattori esogeni (esterni alla pianta) e fattori endogeni (interni alla pianta)

37. Tra i fattori esogeni segnaliamo: • LA LUCE; • LA GRAVITA’ TERRESTRE/L’ALTITUDINE • LA DISPONIBILITA’ DI ACQUA • LA DISPONIBILITA’ DI NUTRIENTI • LA TEMPERATURA • L’INQUINAMANTO • GLI ALTRI ORGANISMI • L’UOMO

38. Questi ed altri fattori provocano delle risposte di tipo chimico nella pianta. Stimolatori di queste risposte sono gli ormoni vegetali (dal greco hormon-che eccita) o fitoormoni. Gli ormoni non si limitano soltanto a stimolare, eccitare certi tessuti/cellule ma svolgono anche funzione inibitoria verso di essi per questo sarebbe più giusto considerarli come regolatori chimici. Ma spesso la risposta da parte della pianta risulta differente, quasi che essa interpretasse il segnale arrivatole, ciò è provocato dalla sensibilità differente dei tessuti rispetto alle dosi di ormoni prodotte. Cinque classi di ormoni sono stati ampiamente studiati

40. L’auxina prodotta nell’apice del germoglio discende lungo il fusto inibendo la crescita dei germogli laterali delle gemme ascellari. Man mano che aumenta la distanza tra l’apice del germoglio e le gemme ascellari, la concetrazione di auxina diminuisce e le gemme risentono sempre meno dell’inibizione Se l’apice del germoglio viene rimosso bloccando in tal modo la produzione di auxina le gemme ascellari non sono più inibite e iniziano ad accrescersi velocemente. Dominanza apicale

41. Il picciolo della foglia della violetta africana (Saintpaulia) sulla sinistra fu tenuto immerso per dieci giorni in una soluzione contenente l’auxina sintetica, acido naftalenacetico (NAA), mentre il picciolo della foglia sulla destra fu tenuto in acqua pura. Notare la formazione di radici avventizie sul picciolo della foglia trattata con l’ormone.

42. Sezione longitudinale di un giovane internodo del cetriolo (Cucumis sativus), da cui sono state eliminate le foglie e le gemme, sul quale è possibile osservare la rigenerazione (indicata dalle freccie) del tessuto vascolare (xilema) intorno a una ferita di sette giorni. L’IAA (auxina,0,01%) è stato applicato all’estremità superiore dell’internodo subito sopra la zona ferita. La foto mostra la formazione di xilema indotta dal movimento polare basipeto dell’auxina. ferita

43. L’auxina prodotta dall’embrione in via di sviluppo stimola la maturazione della parete ovarica e lo sviluppo dei frutti carnosi. . (a) Fragola normale (Fragario ananassa), (b) Fragola alla quale sono stati tolti i semi. (c) Fragola dalla quale è stata eliminata una fila orizzontale di semi.

44. Effetto di CA3 sulla crescita dell’uva «Thompson senza semi», una cultivar di Vitis vinifera. Il grappolo di sinistra non ha subito alcun trattamento, mentre quello di destra è stato trattato con CA3. Il risultato è un grappolo più grande con acini più diradati.

45. Le piante condividono il suolo con un gran numero di organismi viventi, dai microrganismi ai piccoli mammiferi quali talpe, toporagni e scoiattoli. Una moltitudine di animali scavatori — la maggior parte dei quali formiche e lombrichi — aerano il terreno e aumentano la sua capacità di assorbire acqua. I lombrichi, chiamati da Aristotele l’intestino della Terra migliorano il terreno elaborandolo nel loro intestino, e depositandolo alla superficie sotto forma di escrementi molto fertili che contengono quantità di azoto cinque volte più elevate del terreno circostante, sette volte più fosforo, undici volte più potassio, tre volte più magnesio e due volte più calcio. I batteri sono i principali decompositori della materia organica del suolo. In un solo anno l’attività complessiva dei lombrichi può durre fino a 500 t di escrementi per ettaro.

46. Le esigenze nutrizionali delle piante sono piuttosto semplici rispetto a quelle degli animali Esse possono anche sintetizzare tutti gli amminoacidi e le vitamine di cui hanno bisogno usando i nutrienti inorganici prelevati dall’ambiente. l’uomo può aiutarle fornendole gli elementi di cui ha bisogno per mezzo di concimazioni , apporti di sostanza organica, lavorazioni e rotazioni delle colture ecc.

47. Già nell’800, chimici e biologi avevano dimostrato che certi elementi chimici erano assorbiti dall’ambiente e che dieci erano essenziali per il regolare sviluppo delle piante. Nel corso degli anni numerose sono state le correzioni a questa teoria.Ai giorni d’oggi le analisi per la ricerca degli elementi essenziali sono rivolte più allo studio delle quantità richieste per una crescita regolaredelle diverse specie vegetali. Un modo per stabilire quali di questi elementi e a quali concentrazioni è quello dell’analisi della sostanza secca. Le piante sane vengono raccolte e disidratate in apposite stufe ed infine si analizza il materiale risultante. Più di 60 elementi chimici sono stati identificati nelle piante, incluso oro, argento, piombo, mercurio, arsenico e uranio. Ovviamente non tutti questi elementi presenti nelle piante sono essenziali: la loro presenza rispecchia, in una certa misura, la composizione chimica del suolo nel quale le piante crescono. Distinguiamo MACROELEMENTI e MICROELEMENTI

48. I primi otto elementi sono chiamati micronutrienti o elementi in traccia perché sono richiesti in quantità molto piccole, o in traccia (concentrazioni eguali o minori di 100 mg/kg di sostanza secca).

49. I rimanenti nove elementi sono chiamati macronutrienti perché sono richiesti in grandi quantità (concentrazioni di 1000 mg/kg di materia secca o di più). Molti ioni vengono accumulati all’interno della cellula in concentrazioni molto più alte di quelle minimali richiesteAlcune specie vegetali e alcuni gruppi tassonomici sono caratterizzati da quantità particolarmente alte o basse di specifici elementi Di conseguenza piante che crescono nella stessa soluzione nutritiva possono differire per contenuto di nutrienti

50. Tutte le piante vascolari hanno bisogno di 17 elementi essenziali, o nutrienti inorganici, per la crescita normale e lo sviluppo. La terra è un sistema chiuso e quindi questi elementi sono disponibili solo in quantità limitate. La vita sulla terra dipende quindi dal riciclo di questi elementi.Sia i macronutrienti che i micronutrienti vengono riciclati attraverso la biomassa delle piante e degli animali, restituiti al suolo, degradati ed infine di nuovo riassorbiti dalle piante. Ogni elemento ha un proprio ciclo che coinvolge differenti organismi e differenti sistemi enzimatici.alcuni cicli quali quelli del carbonio, dell’ossigeno, dello zolfo, dell’azoto che esistono in forma gassosa sono per loro natura globali. Altri cicli sono presenti in forma più localizzata, ricordiamo quelli del fosforo, del potassio, del calcio, e dei microelementi tutti in forma non gassosa. I cicli dei nutrienti implicano sia gli organismi viventi che l’ambiente fisico, vengono indicati come CICLI BIOGEOCHIMICI