biologia vegetale1

Le piante
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FOTOSINTESI
SONO ANCORATE AL SUOLO
DEVONO CONTINUAMENTE ASSORBITE ACQUA PERSA
TRAMITE LA TRASPIRAZIONE
• POSSEGGONO FUSTI RINFORZATI IN MODO DA RIMANERE ERETTE E
CRESCERE VERSO IL SOLE
Muschi, Felci, Gimnosperme (Conifere) e Angiosperme o Piante a fiore
ANGIOSPERME
Esistono circa 250.000 specie conosciute di piante a fiore che appartengono a due
gruppi tassonomicamente distinti: MONOCOTILEDONI e DICOTILEDONI
I loro nomi derivano dal numero di cotiledoni o foglie seminali (1 per le monocotiledoni
e 2 per le dicotiledoni)
Altri caratteri distintivi sono:
MONOCOTILEDONI (54 famiglie)
DICOTILEDONI (250 famiglie)
Sistema radicale fascicolato o fibroso
Sistema radicale a fittone
Lunghe venature parallele nelle foglie
Venature reticolate
Petali multipli di tre
Fasci vascolari disposti casualmente
Poaceae ovvero
graminacee (frumento,
riso, mais, ..)
Palmaceae (cocco,
dattero, …)
Musaceae (banana, ….)
Liliaceae (cipolla, porro,
aglio)
4 o 5 petali
Fasci vascolari a cerchio
Fabaceae (legumi ..)
Solanaceae (pomodoro,
patata, melanzana…)
Brassicaeae (cavolo, rapa,
ravanello, ….)
Rosaceae (Mele, prugne,
pesche, mirtilli….)
Compositae (Lattuga, indivia,
carciofi…)
Ecc….
monocotiledoni
dicotiledoni
Il Sistema Caulinare
comprende i fusti e
le foglie, al cui
interno si svolge la
fotosintesi
Nonostante la loro
diversità, le strutture
vegetative di tutte le
piante sono
formate da tre organi
fondamentali:
RADICE, FUSTO E FOGLIE
Il Sistema Radicale
ancora la pianta al
terreno e fornisce i
nutrienti al sistema
caulinare
Ogni organo è formato
da almeno tre tessuti
ognuno dei quali è costituito
da
più tipi cellulari
La cellula vegetale
Le cellule sono in mattoni con i quali è costituita la pianta
DIFFERENZE con
la cellula animale
• Parete cellulare con plasmodesmi
(perforazione della parete cellulare che
collegano i citoplasmi di cellule adiacenti)
• Plastidi (strutture importanti che
adempiono a vari ruoli metabolici
come i cloroplasti, amiloplasti,
cromplasti)
• Vacuolo (un grande scomparto di
accumulo che rappresenta il 70/80%
del volume cellulare, contiene
minerali aminoacidi, zuccheri, acidi
organici)
La parete vegetale è costituita da una componente fibrillare
polisaccaridica immersa in una componente glicidica e proteica
Costituente fondamentale della parte è la CELLULOSA, un polimero β
1-4 di glucosio
Molecole di cellulosa adiacenti disposte parallelamente formano
numerosi legami idrogeno fra filamenti diversi a formare una
struttura cristallina, la microfibrilla, estremamente resistente
Pectine: principalmente ac. Galattoronico e permettono
l’adesione tra cellule adiacenti
Microfribrille di cellulosa
Emicellulosa (glucani concatenati):
sono molecole in grado di legare la cellulosa
Ad un livello superiore di organizzazione rispetto alla cellula troviamo
un TESSUTO che corrisponde a un gruppo organizzato di cellule
caratterizzate da elementi comuni che lavorano insieme come unità
strutturale e funzionale
TESSUTI
•Tegumentale
•Fondamentale
•Vascolare
Le cellule sono raggruppate in tessuti e diversi
tessuti formano un organo
Tessuti Tegumentali sono tessuti di protezione e regolano i rapporti
della pianta con il mondo esterno
Cellule epidermiche specializzate
Epidermide
• Tessuti Fondamentali:
Cellule parenchimatiche: possiedono pareti sottili formate da una parete primaria e
da una lamella mediana condivisa. Hanno una forma poligonale, grandi vacuoli
centrali, cloroplasti o amido e lipidi.
Nelle foglie provvedono alla fotosintesi, nel fusto e nella radice immagazzinano i
prodotti;
Collenchima: cellule con parete primaria irregolarmente ispessita, hanno una
funzione di sostegno e una forma allungata (spesse agli angoli), forniscono
supporto meccanico nei piccoli fusti;
Sclerenchima: cellule con una spessa parete secondaria che fornisce sostegno
meccanico, molte di queste cellule muoiono dopo aver completato il loro ciclo
vitale. Esistono due tipi di cellule dello sclerenchima FIBRE allungate e SCLEREIDI
Tessuti vascolari: Sistema idraulico o di trasporto della pianta
Nelle piante sono presenti due sistemi conduttori
•XILEMA: distribuisce l’acqua e gli ioni minerali (linfa grezza) dalle radici verso l’alto
ai rami, germogli e foglie. Durante il tragitto la linfa grezza viaggia attraverso
cellule morte e una volta raggiunte le foglie l’acqua evapora dalle loro superficie e
si disperde nell’atmosfera mentre i sali minerali sono in gran parte assorbiti dalle
cellule fogliari
•FLOEMA: distribuisce zuccheri, sali minerali, vitamine, aminoacidi e altre molecole
organiche (linfa elaborata) dalla sede di produzione (definita sorgente o source) alla
sede di utilizzo o accumulo (pozzi o sink). Le cellule conduttrici del floema sono
cellule vive, prendono lo zucchero dove è abbondante, generalmente dalle foglie
durante l’estate, dai tuberi e dai rizomi in primavera, e lo trasportano in soluzione
acquosa nelle zone dove è necessario, soprattutto agli apici dei germogli e delle
radici, alle giovani foglie ed ai fiori.
XILEMA: contiene
delle cellule di
conduzione definite
ELEMENTI
TRACHEALI:
•Tracheidi: cellule
fusiformi morte nelle
quali scorre acque e
sali minerali grazie
alla presenza di fori
(nelle gimnosperme
e in altre piante
vascolari)
•Vasi: formati da
elementi vasali
(cellule morte con
fori nelle pareti).
L’estremità di una
cellula combacia con
quella della cellula
successiva così si
forma un tubo cavo
ELEMENTI DEI
TUBI CRIBROSI:
cellule vive con
plasmodesmi
nelle pareti
delle estremità,
che si allargano
a formare pori
permettendo il
collegamento
tra cellule
adiacenti
(PLACCHE
CRIBROSE)
Singoli elementi dei tubi cribrosi si
uniscono a formare lunghi tubi che
trasportano il liquido floematico
attraverso il corpo della pianta
Cellule compagne regolano la
formazione dei tubi cribrosi
Il liquido floematico formato da acqua,
zuccheri e altri soluti riempie gli elementi
dei tubi cribrosi. Questa soluzione si muove
da una cellula all’altra lungo il tubo cribroso
Radice
FUNZIONI DELLA
RADICE
• Fissare saldamente
la pianta al substrato
• Assorbire acqua e
sali minerali
• Produrre ormoni
(citochine e
giberelline)
• In alcuni casi le radici
come le carote e le
barbabietole ecc…
costituiscono il
principale sito di
Molte Dicotiledoni
possiedono un
accumulo dei
carboidrati (radici a SISTEMA RADICALE A
FITTONE
fittone)
(una grande radice
primaria e radici
laterali
meno pronunciate)
RADICI AVVENTIZIE
Si originano lungo il fusto
sopra il livello del terreno
(riproduzione vegetativa)
Le Monocotiledoni e
alcune eudicotiledoni
possiedono un
SISTEMA RADICALE
FIBROSO O
FASCICOLATO (radici
sottili circa dello stesso
diametro)
Anatomia della radice
Fusto
La funzione principale del fusto è quella di portare in alto gli organi riproduttivi
(fiori) e gli organi adibiti alla fotosintesi (le foglie)
Nel fusto si distinguono i NODI , regioni in cui si
inseriscono le foglie e gli INTERNODI, regione
comprese tra due nodi
La zona del fusto in cui si inseriscono le foglie è
detta Ascella fogliare e al suo interno si trova la
Gemma ascellare: possono dare origine ai rami
La Gemma apicale produce le cellule responsabili
dell’accrescimento in altezza e si trovano all’apice
dei fusti e dei rami
Quando le condizioni sono appropriate si
producono gemme che daranno origine ai fiori
Anatomia del fusto
Foglia
La foglia è un organo complesso che normalmente
costituisce un’appendice laterale del fusto e dei rami
FUNZIONI
DELLA FOGLIA
• Fotosintesi
clorofilliana
• Traspirazione
(eliminazione
della maggior
parte dell’acqua
assorbita dalle
radici)
Foglia isolaterale di monocotiledone
Foglia dorsoventrale di dicotiledone
Foglia piante xerofite
Lo sviluppo dei vegetali è caratterizzato da un’embriogenesi permanente
Una differenza fondamentale tra le modalità di sviluppo
delle piante e degli animali
MERISTEMI
Sono zone delle piante prevalentemente EMBRIOGENETICHE
che possono formare continuamente nuovi organi
1. Meristemi primari: presenti nell’embrione e attivi per tutta la vita della pianta;
dalla divisione delle loro cellule si originano i tessuti primari
2. Meristemi secondari o cambiali: non presenti nell’embrione e differenziati
secondariamente durante lo sviluppo della pianta. Sono presenti solo
in alcune piante e dalla loro divisione si originano i tessuti secondari
TRASPORTO DI SOSTANZE NELLE PIANTE
L’acqua viaggia dal terreno all’atmosfera e circola
all’interno della pianta trasportando
con sé importanti soluti
Lo spostamento di acqua attraverso le membrane
biologiche avviene per OSMOSI
Il termine osmosi indica la diffusione del
solvente attraverso una membrana
semipermeabile dal compartimento a
concentrazione minore di soluto verso il
compartimento a concentrazione maggiore
di soluto, quindi secondo il gradiente di
concentrazione
L’osmosi è un processo passivo, non richiede
alcun tipo di energia
Acquaporine
Sono proteine canale di membrana attraverso cui l’acqua può
spostarsi senza interagire con l’ambiente idrofobico
del doppio strato fosfolipidico della membrana
Gli ioni minerali, che portano cariche
elettriche, non possono spostarsi
attraverso una membrana se non
vengono aiutati da proteine di
trasporto
• Processo passivo (quando la
concentrazione degli ioni nel terreno è
maggiore di quella degli ioni nella
pianta)
•Processo attivo (quando l’assunzione
degli ioni avviene contro gradiente di
concentrazione e di carica)
L’acqua e le sostanze minerali passano dal suolo allo xilema
attraverso l’apoplasto e il simplasto
Apoplasto: insieme delle pareti cellulari e degli spazi intercellulari
Simplasto: l’insieme del citoplasma delle cellule connesse tra di loro
dai plasmodesmi
L’acqua e gli ioni
minerali possono
passare attraverso la via
apoplastica o simplastica .
L’acqua e gli ioni a livello
dell’endoderma devono lasciare la
via apoplastica (Bande del Caspary)
per prendere quella simplastica.
Le proteine di trasporto di
membrana determinano quali ioni
passano nell’apoplasto della stele,
questo gradiente elettrochimico
determina il passaggio di acqua per
osmosi
Linfa xilematica
Il meccanismo della TRASPIRAZIONE - COESIONE
– TENSIONE
La concentrazione del vapor d’acqua
QUESTO MECCANISMO DELLA
TRASPIRAZIONE-COESIONE-TENSIONE NON RICHIEDE
ENERGIA DA PARTE DELLA PIANTA E GLI IONI MINERALI
CONTENUTI NELLA LINFA XILEMATICA
DALLE RADICI ARRIVANO FINO ALLE FOGLIE
nell’atmosfera è minore che nella foglia
Traspirazione dell’acqua
dagli stomi
La tensione solleva l’acqua dalle
venature fino all’apoplasto
delle cellule del mesofillo
La tensione tira l’acqua verso
l’alto nello xilema delle radici e del fusto
Le molecole d’acqua formano una colonna
coesiva dalle radici alle foglie
L’acqua passa dal terreno alle radici
per osmosi e sempre per osmosi allo xilema
STOMI
pori presenti sull’epidermide delle
foglie
Una coppia di cellule epidermiche
specializzate dette cellule di guardia
controlla l’apertura e la chiusura di
ogni STOMA
Gli stomi permettono un compromesso tra la
ritenzione di acqua e l’assunzione di CO2
L’apertura e la chiusura degli stomi sono
regolate dal controllo della concentrazione
di K+ nelle cellule di guardia
Traslocazione: movimento dei carboidrati e di
altri soluti attraverso il floema
Le sostanze nel floema sono traslocate dalla sorgente o
source (foglia o radice tuberizzata) dove sono prodotte ai
pozzi o sink (radice, fiore, frutto, tubero) dove vengono
utilizzate per crescita e immagazzinamento
La traslocazione nel floema può
avvenire in entrambe le direzioni
rispetto al fusto sebbene in un
singolo tubo cribroso proceda
sempre in
una sola direzione
La traslocazione richiede ATP
Le piante sono organismi
AUTOTROFI sono in
grado di sintetizzare da
soli i propri composti
organici
Le piante possono produrre tutte
le molecole organiche di cui
hanno bisogno a partire da CO 2 ,
acqua e varie sostanze minerali
Luce solare + 6CO2 + 6H2O
C6H12O6 + 6O2
Le sostanze nutritive minerali sono ottenute dalla
soluzione del terreno
1 gr per kg di
materia secca
100 mg per kg di
materia secca
Lo sviluppo di una pianta, la serie di modificazioni che progressivamente
si verificano nel corso della sua vita (la dormienza e la germinazione del
seme, la crescita della pianticella, la fioritura, la senescenza e la morte),
viene regolato attraverso meccanismi complessi
• i segnali ambientali
• i recettori che permettono ad una pianta di percepire i segnali
ambientali (fotorecettori)
• gli ormoni : segnali chimici che mediano gli effetti dei segnali ambientali
• il genoma della pianta, che codifica gli enzimi che catalizzano
le reazioni biochimiche coinvolte nello sviluppo
ORMONI DELLA CRESCITA VEGETALE: sono composti regolatori che
agiscono a concentrazioni molto basse a livello di siti che spesso sono distanti
dai loro luoghi di produzione