Pigmenti luce e nutrimenti

Pigmenti luce e nutrimenti
Quando si scelgono le piante per un acquario si dovrebbe
tenere conto di alcuni fattori, primo fra tutti l’esperienza
che si ha nella loro coltivazione. Spesso entrando in un
negozio di acquari si è catturati dalla bellezza delle forme e
dai colori delle piante, specialmente quelle rosse, ma il loro
accattivante fascino svanisce presto per illuminazione
insufficiente, fertilizzazione inadeguata, mancanza di
anidride carbonica. E’ necessario, quindi, provare a capire
come avere piante rigogliose con una brillante pigmentazione.
La fotosintesi è un processo metabolico complesso attraverso
il quale la pianta utilizza la luce e la trasforma in elementi
nutritivi: da energia luminosa in energia chimica. Il primo
punto da considerare è proprio questa energia luminosa, le sue
caratteristiche e in che modo arriva alla pianta.
Fig.1 Sezione di foglia: [microscopio a contrasto di fase]
cresciuta a luce forte [A], a luce intermedia [B] e a luce
debole [C]. Nella prima immagine [A] si vede il maggiore
sviluppo delle cellule, degli spazi interstiziali e dei
cloroplasti.
Lo spettro energetico emesso dal sole va dai raggi gamma alle
onde radio, ma il 98% della radiazione solare è costituito da
radiazioni di lunghezza d’onda compresa tra 0,25-3 µm. Quando
la radiazione passa attraverso l’atmosfera terrestre viene
modificata nella sua composizione a causa di fenomeni di
diffusione e di assorbimento selettivo. La luce che percepisce
l’occhio umano è costituita dalle radiazioni a lunghezza
d’onda che vanno da 400 a 700 nm. In un giorno sereno circa il
44% dell’energia solare che raggiunge la superficie terrestre
è dato dalle radiazioni luminose, un altro 52% dall’infrarosso
e il restante 4% dall’ultravioletto. Le radiazioni luminose
sono relativamente meno assorbite dalle nuvole e dall’acqua e
perciò nell’acqua in particolare risultano maggiormente
disponibili rispetto alle altre radiazioni dello spettro
solare.
Fig.2 :Spettro di emissione solare.
La luce che viene emessa dalle lampade che inseriamo
nell’acquario sarà invece modificata dal passaggio dall’aria
all’acqua, in particolare, all’aumentare della profondità
della colonna d’acqua assisteremo ad un assorbimento e un
allargamento del fascio di luce man mano che ci allontaniamo
dalla fonte luminosa. L’allargamento del fascio di luce
interessa solo l’intensità della luce, mentre l’assorbimento
modifica lo spettro di radiazione perché l’acqua assorbe in
misura diversa le radiazioni a seconda della loro lunghezza
d’onda.
L’assorbimento può anche avvenire da parte dei materiali e
oggetti presenti nell’acquario, come le rocce, oggetti di
arredamento, le alghe, etc. che possono anche riflettere
alcune lunghezze d’onda. ad un metro di profondità giunge, in
totale, soltanto il 50% della quantità di luce incidente.Ma ad
1m arriva quasi il100% delle radiazioni ad onda corta [blu]
mentre delle radiazioni ad onda più lunga [rosse] ne arriva
soltanto il 40%.
Fig.3: Assorbimento della radiazione luminosa in 1m di acqua
distillata
Tutto questo in un acquario viene aumentato dalla presenza
comunque di particelle in sospensione e sostanze disciolte che
aumentano l’assorbimento della luce che penetra. Le sostanze
sospese e quelle disciolte [detrito particellato e vari
soluti] modificano lo spettro di assorbimento dell’acqua
determinando il profilo luminoso caratteristico di ciascun
tipo di acqua. Abbiamo visto dalla figura 3 che le radiazioni
ad onda corta [blu e verde] possono penetrare più delle altre
in profondità, e quelle rosse penetrano meno di tutte. In un
acquario con molte sostanze disciolte e particellato prevarrà
una radiazione luminosa rossa; nella zona superficiale, invece
in un acquario con acqua più limpida la radiazione rossa
rimarrà sugli strati alti e in profondità arriveranno le
radiazioni blu e verdi.
Fig.4 Assorbimento della radiazione luminosa in acqua con
sostanze disciolte e particellato [in alto] e in acqua limpida
[in basso].
Come già detto le piante utilizzano questa luce nel processo
della fotosintesi, grazie a dei pigmenti, quali le clorofilla,
i carotenoidi e le ficobiline, che presentano picchi di
assorbimento della luce di determinate lunghezze d’onda. I
pigmenti fotosintetici sono in genere contenuti nelle membrane
del cloroplasto, un organulo che si trova all’interno della
cellula vegetale. Nelle piante superiori i pigmenti sono per
la maggior parte clorofilla del tipo a e del tipo b. Le
clorofille assorbono la luce rossa e blu e trasmettono e
riflettono quella verde, da questo dipende la colorazione
della maggior parte delle piante. Nelle membrane dei
cloroplasti e dei cromoplasti [altri organuli] ci sono anche
dei pigmenti di colore giallo, arancio e rosso: i carotenoidi.
Questi pigmenti assorbono la luce negli spettri del blu e del
verde e per questo danno una colorazione dal giallo al rosso.
I carotenoidi devono il loro nome al Carotene, una sostanza
giallo-arancio, trovata per la prima volta [nel 1831] nella
radice di Daucus carota, cioè nella comune carota. Sono un
gruppo di pigmenti, di colore dal giallo al violetto, molto
diffusi in natura. Alla famiglia dei carotenoidi appartengono:
i caroteni,e le xantofille, cioè i derivati ossigenati, e gli
acidi carotenici. La clorofilla a è l’unico pigmento che è
capace di convertire l’energia luminosa in energia chimica,
mentre la clorofilla b, c e i carotenoidi sono pigmenti
accessori. Essi assorbono la luce in parti dello spettro non
interessate dall’assorbimento della clorofilla a, colmando in
parte il buco del verde e ampliando così lo spettro delle
radiazioni utili per la fotosintesi.
Fig.5 Spettro di assorbimento
fotosintetici.
di
alcuni
pigmenti
Un’altrafunzione davvero importante di alcuni di questi
pigmenti accessori è dare una sorta di protezione alle
molecole di clorofilla contro i radicali liberi che si possono
formare nelle cellule sotto una luce intensa. Se ciò avviene,
i colori rosso e violetto dei pigmenti ausiliari possono
essere visualizzati sopra il colore della clorofilla e le
piante appaiono rosse o porpora. Le piante rosse producono più
pigmenti ausliari se si trovano sotto una luce intensa proprio
per questo motivo. Il che vuol dire anche che le piante rosse
si sono selezionate in ambienti fortemente illuminati. Invece
le piante in carenza di luce appariranno gialle in quanto
alcuni carotenoidi continuano ad essere sintetizzati anche al
buio.
Un altro tipo di pigmenti presenti in tutto il regno vegetale
è costituito dal gruppo dei flavonoidi. Sono composti colorati
che vengono sintetizzati nel cloroplasto come la clorofilla.
Le antocianine sono i flavonoidi più diffusi e si ritrovano in
varie parti delle piante; possono dare una colorazione rossa,
purpurea o blu. La sintesi dei flavonoidi è fortemente
influenzata dalla luce, soprattutto nella lunghezza d’onda blu
e rossa e come vedremo possono anche accumularsi in situazioni
di stress.
Ci sono diversi fattori, oltre la luce, che possono
influenzare la fotosintesi e quindi la sintesi dei pigmenti
che a noi interessano. Tra questi fattori la temperatura, la
CO2 e i nutrienti.
Nella fotosintesi vi è una sequenza di reazioni [Ciclo di
Calvin] che parte dalla CO2 e arriva alla sintesi di varie e
complesse molecole organiche. Per una pianta che vive sulla
terraferma lo scambio gassoso avviene con l’atmosfera, ma la
CO2 deve muoversi in fase acquosa per entrare nel cloroplasto.
Nella pianta acquatica non c’è questo passaggio e la CO2 è già
disciolta, ma la CO2 ha una bassa velocità di diffusione in
acqua e questo fa si che sia necessaria una concentrazione
maggiore di CO2di quanta ne servirebbe davvero. Quindi, nelle
piante la saturazione di CO2 si ottiene a concentrazioni molto
elevate del gas nell’ambiente. La pianta comunque, che sia di
acqua dolce o terrestre, ha sviluppato degli ampi spazi
intercellulari in cui si ha la rapida diffusione della CO2 in
fase gassosa, un sistema efficiente affinché all’interno della
foglia si muova in fase gassosa e quindi più velocemente ed
efficacemente. La diffusione di un gas è infine regolata anche
dalla temperatura [legge di Henry] per cui all’aumentare della
temperatura diminuirà la solubilità della CO2nell’acqua e
anche la sua concentrazione nella soluzione. Perciò bisogna
anche tenere conto delle temperature ottimali delle piante da
allevare.Infine, ma non meno importanti, sono gli elementi
nutritivi che si somministrano alle piante al fine di
garantirne un’adeguata pigmentazione. Alcuni di questi
elementi vengono considerati essenziali se rispondono a due
criteri:la pianta non può completare il suo ciclo vitale in
mancanza assoluta di uno di essi; fanno parte di molecole o
costituenti [es: il magnesio fa parte della molecola della
clorofilla.]I principali elementi ritenuti essenziali sono 16:
sette di questi [ molibdeno, rame, zinco, manganese, boro,
ferro, cloro] sono considerati microelementi in quanto la
pianta ne necessita a concentrazioni uguali o maggiori di 100
µg/g di peso secco; nove [zolfo, fosforo, magnesio, calcio,
potassio, azoto, ossigeno, carbonio, idrogeno] sono chiamati
macroelementi in quanto devono essere presenti ad una
concentrazione uguale o maggiore di 1000 µg/g di peso secco.
Tabella degli elementi essenziali della maggior parte delle
piante e loro concentrazione ottimale nel peso secco.
Le piante rispondono alla insufficiente disponibilità di
questi elementi con delle manifestazioni caratteristiche. Da
un punto di vista pratico questo ci serve a portare subito un
rimedio al danno che osserviamo.
Analizziamo quindi i principali elementi e i sintomi di una
loro carenza:
Azoto: è un costituente essenziale di tutti gli aminoacidi,
proteine, molecole di clorofilla, acidi nucleici [DNA, RNA] ed
è quindi importantissimo per la crescita sana di una pianta.
La carenza di azoto comporta una clorosi [colorazione
giallastra], una perdita di pigmentazione, prima nelle foglie
più vecchie e poi in quelle più giovani. Di solito sono sempre
le foglie più vecchie a risentire delle carenze, in quanto
molti elementi essenziali vengono fatti migrare verso le parti
più giovani per bloccare il danno. Se invece vi è un eccesso
di azoto la pianta diventerà verde scuro.
Fosforo: è anch’esso costituente fondamentale di molte
molecole e macromolecole delle piante, soprattutto si trova
legato a zuccheri coinvolti nella fotosintesi. Anche in questo
caso la carenza comporta clorosi ma anche blocco della
crescita. In alcuni casi c’è un accumulo di antocianine con
una colorazione violacea della pianta.
Potassio: è importante come attivatore di alcuni enzimi e
negli scambi gassosi. In carenza di potassio le foglie più
vecchie ingialliscono e si ha la formazione di macchie bianche
sul margine delle foglie.
Magnesio: si ritrova in tutte le molecole di clorofilla ed è
essenziale per la loro attività. Se presente in quantità
insufficiente si avranno foglie chiazzate e clorotiche, per
mancanza di sintesi di clorofilla.
Calcio :è presente in grandi quantità nei vacuoli [organuli di
accumulo delle cellule] sotto forma di cristalli. E’
utilizzato come attivatore di enzimi e in alcune fasi del
ciclo cellulare. Le piante in carenza presentano le foglie
giovani con un aspetto frastagliato, in quanto i tessuti
crescono in maniera distorta e deforme.
Ferro: la sua carenza di inibisce la sintesi di clorofilla e
dei pigmenti colorati per cui la pianta presenta clorosi e
depigmentazione, soprattutto nelle foglie giovani. Le venature
però rimangono verdi e risaltano sulla lamina fogliare
trasparente e molto fragile. Non bisogna eccedere col ferro in
quanto viene inibito l’assorbimento del manganese.
Cloro: viene assorbito come ione e tale rimane all’interno
della pianta. Ha la funzione di stimolare la fotosintesi anche
se ancora non sono chiare tutte le sue funzioni. Se manca le
foglie necrotizzano e anche l’apparato radicale ne risente,
nfatti le radici non crescono. La carenza di cloro è comunque
un fenomeno molto raro.
Manganese: di solito è sempre presente in quantità necessarie
ma la carenza comporta necrosi delle nervature e lesioni
necrotiche diffuse.
Boro: è essenziale in quanto in sua assenza le piante
superiori non riescono a completare il loro ciclo vitale. E’
coinvolto anche nella sintesi dei pigmenti colorati. Se è
carente il primo sintomo è il blocco della crescita delle
radici, poi si susseguono vari tipi di sintomi già riscontrati
in altri tipi di carenze.
Zinco: la sua carenza comporta un arresto della crescita in
quanto questo elemento è essenziale per la sintesi di un
ormone della crescita [Auxina].
Rame: con la sua carenza la pianta presenterà pigmentazione
verde scuro, con foglie necrotiche e deformi.
Guida redatta da Polgara
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