Le BRIOFITE sono le piante terrestri più semplici. Dette “non
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Le BRIOFITE sono le piante terrestri più semplici. Dette non vascolari (Tallofite). Non hanno veri tessuti, neanche vascolari; un unico tipo cellulare si differenzia di volta in volta a seconda delle funzioni svolte dalla parte della pianta in cui si trova. Le Briofite sono APLODIPLONTI. Ogni gametofito si origina da una meiospora che, germinando, da origine al PROTONEMA. Aplodiplonte è il ciclo vitale, si riferisce all alternarsi delle fasi , sempre presenti per tutti gli organismi eucarioti. Vi è una fase APLOIDE (1 copia del corredo cromosomico: 1n) Ed una fase DIPLOIDE (2 copie del corredo cromosomico: 2n) Ciclo APLODIPLONTE o APLODIPLOBIONTE Caratterizzato dall alternanza di generazioni antitetiche, tra gametofito o diplofito. Gamia --->> Zigote --->> Mitosi --->> DIPLOFITO --->> MEIOSI --->> MEIOSPORE --->> Mitosi -->> APLOFITO. In questo ciclo la meiosi è dunque intermedia tra la generazione n e quella 2n. APLOFITO O GAMETOFITO (n) MITOSI GAMETI (n) MEIOSPOR E (n) GAMIA ZIGOTE (2n) MEIOSI MITOSI DIPLOFITO O SPOROFITO (2n) Ogni gametofito si origina da una meiospora. Germinando da origine al PROTONEMA. Questo è verde (fotosintetizzante) e può essere filamentoso, laminare o molto piccolo (epatiche). L adesione al substrato è assicurata da RIZOIDI. Da alcune cellule si possono sviluppare i GAMETOFORI con forme molto varie, dal millimetro (Buxbaumia) a diversi centimetri (Dawsonia superba, Polytrichum strictum). Nei muschi ed in poche epatiche, il gametoforo ha apparenza CORMOIDE con un fusticino e foglioline. Le briofite si possono riprodurre asessualmente per propaguli e gemme o sessualmente per OOGAMIA. Gli SPERMATOZOIDI sono mobili, biflagellati. Per permettere lo spostamento dei gameti maschili la fecondazione esige la presenza di acqua. Alla fecondazione segue la formazione dell embrione (Tutte le piante terrestri formano un embrione. A differenza delle piante vascolari, qui l embrione germina immediatamente rimanendo attaccato al corpo aploide. Esso forma lo SPOROFITO che produce le spore, vero strumento di propagazione della specie. In sintesi si tratta sempre di organismi apodiplonti con alternanza di generazioni eteromorfiche con netta prevalenza del GAMETOFITO APLOIDE sullo SPOROFITO DIPLOIDE che dipende nutrizionalmente dal primo. Sono capaci di sopravvivere alla siccità in uno stato di vita latente (mesi e anni) e riprendere il normale metabolismo nel giro di poche ore. Resistono a temperature estreme (da -196 C a 100 C) Muschi – 700 generi e10000 specie Epatiche – 350 generi e 8000 specie, il gametofito è di solito ridotto o molto specializzato. Antocerote – hanno talli dorso-ventrali lobati, stomi funzionanti, cellule con un unico grosso cloroplasto. La loro vera classificazione non è ancora definita. Le briofite sono organismi PIONIERI. Influenzano idrologia e clima riuscendo a trattenere grandi quantità d acqua, rilasciandola lentamente. Gli sfagni hanno il maggiore impatto ambientale (sono i maggiori costituenti delle torbiere). Assorbono grandi quantità di ioni basici rilasciando protoni acidificando il substrato sino a pH inferiori a 4. Non gradiscono l abbondante presenza di Calcio ionico. Producono (come anche le altre briofite) SFAGNOLO, un composto fenolico antisettico. Proteggono il substrato dall erosione ma la loro presenza avvia presto la colonizzazione di piante vascolari. Molte briofite sono ANTRICOLE, ovvero vivono nell ombra di grotte e anfratti. Le cellule dei talli sono rigonfie e traslucide, concentrando la luce sui pochi cloroplasti come dei catarifrangenti. Nessuna si è però adattata al buio totale. Ioni di Metalli pesanti ed altri inquinanti vengono rapidamente accumulati dalle briofite, provocandone poi l ingresso nella catena alimentare. Muschi ed epatiche scompaiono presto in aree troppo inquinate e vengono quindi utilizzati come Indicatori ambientali. Un modello sperimentale può facilmente divenire una risorsa biotecnologica. P. patens per esempio ha mostrato di avere tutte le potenzialità biochimiche delle piante superiori (processamento delle proteine e glicosilazioni) ma può essere coltivato in modo semplice ed efficiente anche in laboratorio, bypassando i problemi di coltivazione in campo pur senza richiedere l alta tecnologia dei fermentatori. Può essere coltivato in forma aploide. Può attuare in modo controllato la ricombinazione omologa! VANTAGGI Mezzo di coltura molto semplice:Sali inorganici, luce e CO2 non sono necessari ormoni o additivi complessi, inoltre la rottura meccanica dei filamenti previene la formazione di protonema ingombrante. Le cellule del protonema sono completamente differenziate quindi non si sono osservati problemi di instabilità genetica Semplicità dei bioreattori e parametri ottimali di crescita già determinati, è possibile una coltivazione in semi-continuo con un ricambio giornaliero del 20% Condizioni di coltura facili da adattare ai bisogni delle proteine ricombinanti secrete nel mezzo Basso costo dei bioreattori da 20 litri, facile scaling up operando con più unità in parallelo Vengono trasformati i protoplasti i modo molto facile. Si possono generare mutanti (specifici) nel modo desiderato. Physcomitrella patens offre un sistema unico di produzione biofarmaceutica: • Economica crescita fotoautotrofica in un sistema chiuso • Semplici processi downstream di purificazione della proteina da un semplice mezzo minerale • manipolazione genetica unica attraverso ricombinazione omologa • Espressione di una proteina complessa e umanizzata in un ambiente sicuro e controllato Nel corso dei vostri studi sarà ricorrente la presenza di alcune specie considerate MODELLO, oltre che strumento di “bioproduzione” di macromolecole. Un certo organismo si impone come MODELLO per la comodità e versatilità nel disegnare per esso i più diversi sistemi sperimentali. Acquisita una certa quantità di informazioni, esse diventano preziose per chi intraprende la ricerca da zero e consolidano l importanza dei diversi sistemi MODELLO. Vi sono molte piante MODELLO: Arabidopsis thaliana (per le ridotte dimensioni del genoma ed il ciclo vitale breve) Riso (Oryza sativa) (importanza economica e ridotte dimensioni del genoma tra i cereali) Nicotiana Tabacum (perché per prima utilizzata nella micropropagazione - per riprodurre la varietà habana in USA) Nicotiana Benthamiana (perché più piccola e veloce di N. tabacum) Vicia Faba (come modello delle leguminose e dell accumulo delle proteine) Petunia hybrida (per la facilità di identificare mutanti nello sviluppo del fiore) Pioppo (Populus trichocarpa) (importanza economica e ridotte dimensioni del genoma tra i cereali) Physcomitrella Patens (perché capace di ricombinazione omologa) etc Le ALGHE • Fotoautotrofe • Tallofite • Unicellulari o Pluricellulari Organismi per la maggior parte legati all ambiente acquatico; hanno cloroplasti che contengono oltre ai pigmenti fotosintetici anche pigmenti accessori (carotenoidi comprendenti anche le xantofille; in qualche gruppo ficobiline). I plastidi di tutte le alghe contengono sempre CLOROFILLA A, e quasi sempre un altro tipo di clorofilla. Il processo fotosintetico nelle alghe è analogo a quello delle piante superiori. Il carbonio per la fotosintesi può essere ottenuto sia dall anidride carbonica disciolta nell acqua sia dai carbonati e dai bicarbonati del substrato. Si conoscono persino alghe capaci di utilzzare sostanze organiche in modo simile a batteri. Grande importanza ha il pH. A pH inferiori a 5 le alghe assorbono esclusivamente CO2 disciolta. A pH sopra 9,5 utilizzano in modo preponderante i carbonati. Alcune alghe sono prive di pigmenti e devono quindi assorbire sostanze organiche, altre mediano tra i due sistemi (fotochemio-organotropismo). Molte, pur essendo fotosintetizzanti, sono eterotrofe per alcune vitamine. Non possono utilizzare l azoto in forma elementare e lo ricavano da composti azotati organici (inquinanti). Una grande quantità di sali di ammonio e nitrati, vengono accumulate nei vacuoli. Euglenoidi Dinoficee (Alveolata) Stramenopili (xantoficee, Alghe brune, Diatomee etc) Alghe rosse Alghe verdi (tra cui anche le clorofite come Dunaliella) Ecologia: sono presenti pressocchè dappertutto nell ambiente. Sulle terre emerse alghe piccole si accrescono sul terreno umido, sulle rocce, sulle superfici del legno, sulla corteccia degli alberi. Nell ambiente acquatico le alghe di piccole dimensioni, generalmente unicellulari, costituiscono il fitoplancton. Le alghe che si accrescono ancorate alle rocce e ad altri substrati sono invece dette bentoniche e sono generalmente filamentose o macroscopiche. Molte di esse sono degli organismi pionieri : si trovano in ambienti inidonei per qualunque altra specie vivente, quali le distese di neve e di ghiaccio dell'Antartide o le acque caldissime delle sorgenti geotermiche. La parete cellulare non è presente in tutte le alghe unicellulari. E per l enorme varietà morfologica dei diversi gruppi di alghe la parete cellulare presenta una differente composizione. E generalmente formata da una porzione fibrillare (costituita da cellulosa, mannani e xilani) e da una porzione amorfa (proteine e pectine). Non vi è lignina. La sua consistenza può essere aumentata dalla presenza di deposizioni di CaCO3 o di silice. Nelle alghe vi è una enorme variabilità morfologica: si ritiene che la forma più primitiva sia quella unicellulare flagellata. Nelle forme unicellulari è l intero organismo che si comporta da gamete o da sporangio al momento della riproduzione (OLOCARPIA). Nelle alghe pluricellulari gli organi sessuali (GAMETOCISTI) e gli sporangi sia meiotici che mitotici (SPOROCISTI) si formano per trasformazione di cellule marginali, localizzate cioè sulla superficie del tallo. Þ Spermatogoni (spermatozoidi flagellati) Spermatangi (spermazi senza flagelli) Oogoni (ovocellula) oppure Carpogoni. I gameti o le spore, in gran parte dei gruppi delle alghe, sono flagellati. Tali flagelli possono essere in parte rivolti in avanti (trainanti) ed in parte rivolti all indietro (propulsori). Possono essere lisci e sottili (flagelli a sferza) oppure provvisti di peli vibratili (flagelli a piuma). A volte i cloroplasti possiedono i pirenoidi: masse proteiche circondate da amido all’interno dei plastidi, molto rifrangenti. altre strutture particolari : aptonema tricocisti eiectosoma euglena stigma: aggregato di fotorecettori e pigmenti che stimolano la pulsazione del flagello ALGHE UNICELLULARI struttura procariotica Cyanophyceae struttura eucariotica Euglenophyta Cryptophyta Dynophyta Chrysophyta Xantophyta Bacillariophyta Cyanophyceae o Cianobatteri o Alghe azzurre Organismi autotrofi che rientrano nella categoria delle ALGHE, ma che per la struttura cellulare procariotica costituiscono assieme ai Batteri un proprio TIPO di organizzazione. Filogeneticamente sono molto più vicine agli Eubatteri che non alle altre alghe eucariotiche per la presenza di mureina nella parete cellulare, oltre che per la loro struttura procariotica cellulare. Ma si distinguono dagli Eubatteri fototrofi per possedere come pigmento fotosintetico la clorifilla al posto della batterioclorofilla e per la liberazione di O2 durante la fotosintesi. Cianobatteri Euglenoidi Dinoficee (Alveolata) Stramenopili (xantoficee, Diatomee etc) Tali organismi si possono trovare a) Isolati b) Colonie, dall aspetto filamentoso o rotendeggiante (sarcine) Nelle colonie filamentose vi sono spesso individui morfologicamente diversi e con diversa funzione. Una serie di cellule vegetative in successione costituisce il TRICOMA o filamento, che può essere libero oppure aderente al substrato. Le cellule del tricoma possono essere tutte uguali o differenziate in: individui basali più grandi per il fissaggio individui apicali più piccoli Gli individui della colonia sono in comunicazione plasmatica tra loro attraverso MICROPLASMODESMI ed una fitta rete di pori che punteggiano le pareti in contatto tra loro. Il sistema fotosintetico è costituito da: invaginazioni della mem. citoplasmatica che nell insieme costituiscono i TILACOIDI; granuli, detti FICOBILISOMI, presenti sulla superficie dei tilacoidi e che hanno il compito di raccogliere l energia luminosa; cromofori quali FICOBILINE idrosolubili contenuti nei ficobilisomi; CLOROFILLA A, liposolubile, che rappresenta il vero pigmento fotosintetico. Sono presenti anche Carotenoidi e Xantofille particolari. Ecologia COSMOPOLITE. Vivono generalmente in ambienti difficili dal punto di vista termico od edafico. CRIOTERME che vivono sulle nevi. MEGATERME, unica forma di vita nelle acque termali (ad Abano +83C ). Vivono in acque dolci, salate, salmastre, ed in ogni tipo di ambiente umido anche solo per un periodo dell anno: terreno, cortecce, rocce, vetri e piastrelle. EUGLENOPHYTA Organismi unicellulari con organizzazione monadale. Euglena viridis, priva di parete, è provvista di 2 flagelli (di cui uno molto corto) inseriti anteriormente. Alla base dei flagelli si trovano uno o due vacuoli pulsatili con funzione osmoregolatrice. Talora è presente la macchia oculare (stigma), colorata di rosso per la presenza di caroteni, che svolge funzioni di fotorecettore. Sistema fotosintetico clorofilla a e b, β-carotene e xantofille varie Habitat: vivono in acque dolce. Le specie di Euglena sono particolarmente diffuse in acque stagnanti ricche di sostanze nutrienti. Xanthophyta Alghe unicellulari libere o formanti filamenti, provviste o meno di parete. La parete cellulare è prevalentemente di cellulosa, ed in parecchie forme è formata da due metà inserite l una nell altra. Spesso, soprattutto nelle spore, è impregnata di silice; le cisti assumono la forma di una scatola composta da un coperchio e da un contenitore. Le cellule flagellate sono caratterizzate da due flagelli inseriti lateralmente di lunghezza diversa e del tipo eteroconte. Sistema fotosintetico clorofilla a e c, come pigmenti accessori eteroxantina e vaucheriaxantina, (xantofille che conferiscono loro colore verde) Habitat : prevalentemente di acqua dolce, raramente salmastra, frequenti in terreni umidi, anche se solo stagionalmente. ALGHE PLURICELLULARI Il tallo, anche se pluricellulare, conserva comunque una struttura abbastanza semplice, privo di veri tessuti ed organi, ma che raggiunge nelle forme più evolute una differenziazione morfologica simile a quella delle piante superiori. Diffusione clorofille altri pigmenti molecole di riserva Rhodophyta 4000 Alghe rosse specie ca. Clorofilla a e ficobiline d caroteni xantofille Phaeophyta Alghe brune Clorofilla a e β-carotene Laminarina c fucoxanti na 2000 specie ca. Amido delle floridee Chlorophyta 6700 Alghe verdi specie ca. Clorofilla a e caroteni b xantofille Charophyta Alghe a candelabro Clorofilla a e β-carotene Amido b xantofille 300 specie ca. Amido Rhodophyta Alghe rosse Chlorophyta Alghe verdi Phaeophyta Alghe brune Charophyta Alghe a candelabro Gran parte dei pigmenti accessori assorbe la luce avente lunghezze d onda diverse da quelle della luce assorbita dalla clorofilla a. L assorbimento del più ampio intervallo di lunghezze d onda è importante per le alghe che vivono in acque profonde, che si accrescono dove l intensità luminosa è bassa. Le Alghe Brune (che possiedono la fucoxantina) si estendono a profondità maggiori rispetto alle Alghe Verdi, e le Alghe Rosse (che possiedono la ficoeritrina) crescono fino alle massime profondità raggiunte da qualsiasi alga. Alghe raccolte nel 19 secolo come fertilizzante Kelp bruciato per produrre soda, potassio e iodina FITO-COLLOIDI AGAR = 7500 tonnellate (250mln$) ALGINATI = mecato da 120mln$ esclusa Cina CARRAGENINE = 50000 ton nel 2007 (600mln$ esclusa Cina) Dessert, gelato, crema, frappè, gel per incrementare la viscosità Birra: chiarificatore per rimuovere le proteine che causano la scurezza Pâté e carne lavorata (prosciutto, e.g.): aumenta il volume, Dentifricio: stabilizzante Shampoo e creme cosmetiche: addensante Marmorizzazione Biotecnologia: gel per immobilizzare cellule e enzimi Farmaci: usato come eccipiente inattivo in pillole latte di soia e altro latte derivato da piante: usato come addensante, per emulare il latte vaccino Bibite gassate dietetiche: per migliorare la consistenza Cibo per animali lubrificanti Usato in test analgesici in modelli di animali per le infiammazioni NORI Alghe rosse di uso alimentare = più di 1000 mln$ PALMARIA PALMATA MICROALGHE! Spirulina (Arthrospira platensis) è un cianobatterio! Alghe e biodiesel Stramenopili Botryococcus braunii Tossica Alta percentuale di lipidi contenuti nel biofilm Scale-up Ora! Neochloris oleoabundans (Chlorophyta) has a capability to accumulate lipids, in particular triacylglycerols (TAG), useful for biodiesel production; furthermore, it can grow mixotrophically. The present work deals with two fundamental steps of mixotrophic cultivation with glucose (late exponential – 6 days – and late stationary – 14 days – phases of growth), focusing on the relationship between photosynthesis and lipid production. Le colture microalgali possono avere diversi tipi di metabolismo per la crescita: autotrofo, eterotrofo, mixotrofo e foto eterotrofo. La crescita mixotrofica è definita come un regime di crescita durante il quale la CO2 e il carbonio organico vengono assimilati simultaneamente, operando quindi sia il metabolismo fotosintetico che la respirazione cellulare. Di norma, la velocità di crescita di cellule cresciute in mixotrofia è approssimativamente la somma delle velocità di crescita delle colture eterotrofe e autotrofe. I vantaggi dell’eterotrofia, come l’alta concentrazione e produttività, sono applicabili anche alla mixotrofia. Inoltre la capacità delle microalghe di crescere utilizzando le due vie metaboliche è unica, e fornisce numerosi vantaggi. Non soltanto il carbonio (sotto forma di CO2 oppure come carbonio organico) è necessario per il metabolismo delle microalghe: anche vitamine, sale e altri nutrienti (azoto e fosforo) sono fondamentali per la crescita algale, cosi come risulta importante l’equilibrio tra i seguenti parametri: ossigeno, anidride carbonica, pH, temperatura, e l’intensità luminosa two growth points were highlighted: the 6th day, corresponding to the late exponential phase, and the 14th day, corresponding to the late stationary phase. 258 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 mixotrophic cultures reached a cell density of about 35 and 50 106 cells mL− 1 at the 6th and 7th days of cultivation, respectively, and then yielded almost stable cell density values, with a small decrease only at the end of experiment. In spite of being characterised by a similar growth curve in terms of general features, the control samples yielded lower cell densities (about 3 and 8 106 cell mL−1 after 6 and 14 days of cultivation, respectively) MA CELLULE PIU’ GRANDI. Quali differenze? Fig. 1. Growth parameters of N. oleoabundans cultivated under autotrophic and mixotrophic (glucose-induced) conditions for 14 days. A) Growth kinetics plotted using a logarithmic scale. B) Biomass yield expressed as grams of algal dry weight per litre. C) Single cell biomass expressed as micrograms of algal dry weight per one million cells. D) Biomass productivity, as grams of algal dry weight per litre per day, during the 0–6 days and 6–14 days of cultivation intervals. In A, solid black line = autotrophic cultures; dash black line = mixotrophic cultures. In B–D, black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; **, p ≤ 0.01; ***, p ≤ 0.001. 3.2. Morphology: cell ultrastructure Fig. 2 reports images of ultrastructural aspects of N. oleoabundans cells after 6 (Fig. 2A–D) and 14 (Fig. 2E–H) days of cultivation under autotrophic (Fig. 2A, E) and mixotrophic conditions (Fig. 2B–D, F–H). In detail, TEM analyses showed that 6-day-grown control cells were typically characterised by a big cup-shaped chloroplast containing a large pyrenoid surrounded by a starch shell and crossed by one–two thylakoids (Fig. 2A). Inside the cytoplasm, the nucleus and mitochondria were also observable (Fig. 2A). After 14 days, controls maintained similar features, but cells were sometimes vacuolated (Fig. 2E). In both cases, thylakoids were elongated and only locally appressed (Fig. 2A, E). Different aspects were observed for treated cells (Fig. 2B–D, F–H). In fact, after 6 days of cultivation, the mixotrophic populations were generally characterised by smaller cells than in the controls (about 28% in volume; p b 0.05) and by morphologically different cells according to a kind of gradient (Fig. 2B–D). In fact, some cells showed an overall morphology similar to that of controls, but with an evident increase in stromatic starch and more extensive thylakoid appression (Fig. 2B), while other cells contained plastids very enriched in starch, which occurred both as stromatic and as a shell surrounding the pyrenoid that had assumed an altered feature (Fig. 2C, D). Only sometimes cells with the latter feature contained small cytoplasmic lipid globules (Fig. 2C, D). Also in these cells, thylakoid membranes appeared to be more appressed than in controls (Fig. 2A, C, D). Sporadic sporocysts, which had not yet released the young cells, were still observable in glucose- treated samples (Fig. S1). At the 14th day of cultivation, glucosetreated cells became larger than at day 6 (about 50% in volume; p b 0.001) and reached, sometimes slightly exceeding, the dimensions of the control cells (p N 0.05) (Fig. 2E–H). As for cells at the previous step of cultivation, a morphological gradient was observable. Some cells, in fact, contained a chloroplast with large stromatic starch grains and a still identifiable pyrenoid surrounded by an evident starch shell; lipid globules increased in number and size (Fig. 2F, G). Other cells contained a few small starch grains, but very large lipid droplets (Fig. 2H). As regards thylakoids, they were reduced in number and extension as compared to those contained in treated samples at the previous time of experiment (Fig. 2B–D) and to those hosted in controls (Fig. 2E); however, these few thylakoids were less appressed than at the previous time of experiment, but similar to those in controls (Fig. 2F, G). 3.3. Photosynthetic aspects 3.3.1. Photosynthetic pigments Photosynthetic pigment content was expressed both as a fraction of total biomass and in terms of quantity of pigment inside cells (Fig. 3). It was noted that, during the time interval 0–6 days of cultivation, the concentrations of all pigments inside autotrophic control samples tended to decrease (ca. 25 to 60% depending on the pigment), while from 6 to 14 days of cultivation their pigments tended instead to increase independent of the unit of measure employed (ca. 1.5 to 2 260 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 Fig. 3. Photosynthetic pigments content and their molar ratios in control and glucose-cultivated N. oleoabundans cells at the inoculum time (0 days), the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. Pigment concentrations are reported both as percentage of dry weight (% DW) (A, C, E) and as nanomoles per million of cells (nmolpigment 10−6 cells) (B, D, F). Black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: **, p ≤ 0.01; ***, p ≤ 0.001. light-dependent dissipation mechanisms for energy dissipation as heat, were substantially the same in control and mixotrophic cells at the 6th day of cultivation, but were significantly higher (p = 0.041) in treated cells vs controls at the 14th day (Fig. 4G). Interestingly, the C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 261 corresponding kinetics maintained quite similar features in both controls and in 6-day mixotrophic cells, reaching a plateau during the light exposure, which conversely did not characterise the glucosetreated cells after 14 days of cultivation (Fig. 4H). Fotosistemi e capacità fotosintetica cambiano e influenzano il ciclo biologico. Le cellule in coltura MIXOTROFICA proliferano inizialmente con piccola massa perché originatesi dallo sporofito Fig. 4. Chlorophyll fluorescence parameters of control and glucose-cultivated N. oleoabundans cells at the inoculum time (0 days), the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. A) PSII maximum quantum yield (FV/FM). B) Photoinhibition values. C, D) Actual yield of PSII, Y(PSII); E, F) yield of constitutive thermal dissipation and fluorescence emission, Y(NO); and G, H) yield of non-photochemical quenching, Y(NPQ). In C, E and G yields are expressed, while D, F and H report the corresponding induction/ relaxation kinetics. In A–C, E and G, black histograms = autotrophic cultures; white histograms = mixotrophic cultures. In D, F and H, solid black line = autotrophic cultures at 6 (black squares) and 14 days (black circles) of cultivation; dash black line = mixotrophic cultures at 6 (open squares) and 14 days (open circles) of cultivation; white rectangle on the top = 5 min high light exposure (induction phase); black rectangle on the top = 5 min dark exposure (relaxation phase). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Data refer to means ± standard deviations (n ≥ 5). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. 3.4. Biochemical properties of algae useful for biotechnological application 3.4.1. Total proteins With an initial total protein content of about 13% DW (corresponding to 7.5 μg 10− 6 cells), at the 6th day of cultivation, in the whole mixotrophic population proteins, expressed as percentage on DW, was about 3 times higher than in controls (p b 0.001) (Fig. 5A). However, at the same cultivation time, the amount of proteins accumulated inside cells of control and glucose-treated samples was not significantly different (Fig. 5B) (p = 0.49). Conversely, at the late stationary phase of growth, i.e. at the 14th day, total proteins were unequivocally lower in treated samples as compared to controls, both considering the single cells and the biomass (43–60% depending on the considered parameter) (p b 0.05) (Fig. 5). An evident decrease in 261 id globules (Fig. 2F–H). For of N. oleoabundans under d and thoroughly analysed sing both glucose-treated ervations described in this ated in the presence of an to a previous work [14]. ) of N. oleoabundans under al lipid content under coned significantly (p b 0.05) grown with glucose and increased significantly in % and ca. 71% of total lipids ively, TAGs being the only ols nor monoacylglycerols and to 9% in AWP medium (Table S1; Fig. 6B). 4. Discussion N. oleoabundans is widely considered an important microalga to be potentially used as a green feedstock of lipids for biofuel production [8,10,23,24,36,37]. An interesting opportunity is given by the mixotrophic behaviour of the alga, which both promotes biomass Palmitic Oleic Linoleic Linolenic acid s grown under control and e S1. The most important C. Baldisserotto et al. / Algal Research 16 (2016) 255–265 6:0), the monounsaturated d linoleic (C18:2n-6c) and . However, the lipid classes le S1; Fig. 6B), especially in turated fatty acids (SFAs) n with glucose (ca. 27.6%) ntrol conditions (ca. 22%). were the major class under (p b 0.05) than in controls, a. 55.5%) in the glucose- and phospholipids – (in percents growing under different culture ± standard deviations of two or 0.05) for groups with the same vated N. oleoabundans cells at the late exponential (6 days) and late stationary (14 days) phases of growth. Protein concentrations Glycolipids Phospholipids (A) and as micrograms per million of cells (μg 10−6 cells) (B). Black histograms = autotrophic cultures; white histograms = (% DW) (% DW) Fig. 6. Data on lipid analyses on control and mixotrophic cultures (glucose- and AWPdeviations (n ≥ 3). Asterisks identify significant differences between control and mixotrophic samples: *, p ≤ 0.05; ***, p ≤ 0.001. cultured cells) of N. oleoabundans at the late stationary phase of growth. A) Major fatty 7.13e ± 0.33 2.55g ± 0.21 acids (in percentage of total fatty acids = %) in the TAG fraction. B) Relative proportions 4.04f ± 0.85 2.47g ± 0.55 of fatty acid classes (SFA, of MUFA and content PUFA in %) the TAG In A while and B, for the e h aring±treated samples after treated cells because a high of in oleic acidfraction. (ca. 53%), 6.86 1.06 1.44 ± 0.43 values presented are means ± standard deviations of 4 replicates. parameter through which n total lipid content of about d at the 14th day of cultivaid globules (Fig. 2F–H). For of N. oleoabundans under d and thoroughly analysed sing both glucose-treated ervations described in this ated in the presence of an to a previous work [14]. ) of N. oleoabundans under al lipid content under coned significantly (p b 0.05) grown with glucose and increased significantly in % and ca. 71% of total lipids ively, TAGs being the only ols nor monoacylglycerols 7.13e ± 0.33 4.04f ± 0.85 6.86e ± 1.06 2.55g ± 0.21 2.47g ± 0.55 1.44h ± 0.43 MUFA (acido oleico) fino al 53% SFA = Saturated fatty acids MUFA = Monunsaturated fatty acids PUFA = Polyunsaturated fatty acids 4. Discussion N. oleoabundans is widely considered an important microalga to be potentially used as a green feedstock of lipids for biofuel production [8,10,23,24,36,37]. An interesting opportunity is given by the mixotrophic behaviour of the alga, which both promotes biomass Palmitic Oleic Linoleic Linolenic acid Oltre ad essere rinnovabile e di origine “locale”, i vantaggi del biodiesel includono biodegradabilità, più alto punto di infiammabilità, riduzione della maggior parte delle emissioni tossiche, miscibilità in tutti i rapporti con petrodiesel, compatibilità con l'esistente infrastruttura di distribuzione di carburante e untuosità inerente. Problemi tecnici del biodiesel: stabilità ossidativa, scorrimento a freddo. Soluzioni sono offerte da additivi che riducono gli altri vantaggi. L’acido oleico ha una migliore stabilità ossidativa ed un miglior scorrimento a freddo. and phospholipids – (in percents growing under different culture ± standard deviations of two or 0.05) for groups with the same Phospholipids (% DW) SFAs (ca. 22%) + glucose (ca. 27.6%) + AWP (ca. 33.6%). the AWP-cultured algae they remained at slightly lower values (MUFA, 36.7%; oleic acid, 32%). Regarding polyunsaturated fatty acids (PUFAs), there was a significant decrease in the mixotrophic condition as compared with the control one (Table S1; Fig. 6B). In particular, PUFA levels decreased significantly owing to a decline in the proportion of linolenic acid, from ca. 19% in controls to ca. 2% in glucose medium and to 9% in AWP medium (Table S1; Fig. 6B). s grown under control and e S1. The most important 6:0), the monounsaturated d linoleic (C18:2n-6c) and . However, the lipid classes le S1; Fig. 6B), especially in turated fatty acids (SFAs) n with glucose (ca. 27.6%) ntrol conditions (ca. 22%). were the major class under (p b 0.05) than in controls, a. 55.5%) in the glucose- Glycolipids (% DW) AWP:Apple Waste Product Fig. 6. Data on lipid analyses on control and mixotrophic cultures (glucose- and AWPcultured cells) of N. oleoabundans at the late stationary phase of growth. A) Major fatty acids (in percentage of total fatty acids = %) in the TAG fraction. B) Relative proportions of fatty acid classes (SFA, MUFA and PUFA in %) in the TAG fraction. In A and B, the values presented are means ± standard deviations of 4 replicates. L’acido oleico è ugualmente preferito a livello alimentare, riproponendo in alcuni casi la competizione tra i due utilizzi (vedi bioetanolo) Dal punto di vista strutturale gli organismi vegetali possono essere suddivisi in due grandi gruppi : le TALLOFITE e le CORMOFITE. Tallofite Alghe Licheni Procormofite Briofite FUNGHI ETEROTROFI Cormofite Pteridofite Spermatofite Colors highlight major systematic groups of the fungi (Ascomycota: red; Basidiomycota: blue; Mucoromycotina: magenta; Glomeromycota: purple; Entomophthoromycotina: yellow; Blastocladiomycota: marine; Chytriodiomycota/Neocallimastigomycot a: green). Ascomycota: red; ASCOMICETI Basidiomycota: blue; BASIDIOMICETI Chytriodiomycota/Neocallimastigomycota: green; Entomophthoromycotina: yellow; Mucoromycotina: magenta; FUNGHI MUCILLAGINOSI Glomeromycota: purple; Blastocladiomycota: marine; I funghi o miceti sono organismi saprofiti o parassiti. Unicellulari (meno evoluti) e pluricellulari, organizzati in ife. Le ife, che possono presentarsi asettate o settate con segmenti uni-, bi- o multinucleati, sono organizzate in un micelio. Nella formazione dei corpi fruttiferi le ife possono addensarsi in masse di pseudoparenchima (pseudotessuto). Presentano una parete cellulare costituita di β-glucani e chitina (polimero della N-acetilglucosammina). Origine polifiletica: gli Oomiceti hanno avuto origine da un progenitore algale eteroconte (provvisto di un flagello liscio ed uno piumoso) per perdita della funzione fotosintetica. Plasmodio Eucarioti Eterotrofi : i FUNGHI o MYCOTA Sono organismi privi di pigmenti fotosintetici Æ saprofiti, parassiti o simbionti. Appartengono alle tallofite, ed in base alla organizzazione del corpo si dividono Funghi mucillaginosi (Myxomycota) Divisione Funghi veri e propri (Eumycota) Myxomycota Considerati per molto tempo degli organismi animali, Micetozoi, cioè animali a forma di fungo. Unicellulari, liberi durante una fase del loro ciclo, per poi riunirsi in masse gelatinose di struttura plasmodiale, cioè formate da una massa protoplasmatica senza una forma ben definita, priva di pareti e con molti nuclei. Il ciclo è caratterizzato dall alternarsi di masse di plasma plurinucleate (PLASMODI) o non (PSEUDOPLASMODI) con forme ameboidi prive di pareti (MIXOAMEBE). Il plasmodio è dotato di movimento ameboide, si nutre per pinocitosi inglobando particelle solide. Quando fruttifica elabora una parete, peridio, spesso calcificata. • Riproduzione sessuale : Gametogamia isogama. • Moltiplicazione vegetativa : Scissione degli individui unicellulari (mixoamebe). Habitat : luoghi umidi ed ombreggiati, ricchi di materiali organici in decomposizione, soprattutto vegetali (legno e cortecce). Divisione EUMYCOTA Tutti organismi eterotrofi, quindi senza plastidi. Hanno come sostanze di riserva principalmente GLICOGENO come negli animali. La parete cellulare è principalmente di MICOSINA, una chitina vegetale simile alla chitina animale dell esoscheletro degli Artropodi. Alcuni sono organismi semplici, unicellulari o costituiti da poche cellule. La maggior parte presenta, invece, un tallo pluricellulare, formato da unità funzionali dette IFE, dotate di accrescimento apicale ed in grado di ramificarsi lateralmente. Morfologia del Tallo Flagellata e rizopodiale Coccale Sifonale Tricale OLPIDIACEAE e SYNCHYTRIACEAE Lieviti CHYTHRIDIALES, OOMYCETES, ZYGOMYCETES Basidiomiceti La foma “coccale” e i saccharomiceti S.Cerevisiae può essere preso ad esempio La sua importanza come modello è stata consacrata negli anni ‘80 (Botstein and Fink, Science 1988) ed è diventato anche un organismo pioniere per gli studi di biologia funzionale e dei sistemi. Genoma nel 1996 (primo eucariota) - La formazione di pseudo-ife non è esclusa. - S. Cerevisiae si divide per gemmazione (budding yeast) Ha una “vita” di 30-40 divisioni -Altri come lo Schizosaccharomices pombe invece per fissione -Hanno una parete di glucani, mannani e proteine. La foma “coccale” e i saccharomiceti In natura si trovano sempre in forma diploide ma le spore aploidi sono più resistenti e si generano in condizioni estreme. La forma aploide diventa estremamente interessante in laboratorio dove possono essere mantenute linee aploidi. Ogni aploide è però di due possibili tipi sessuali: a e alpha (a) Solo un MATa & un MATa possono fondersi in uno zigote. Può avvenire il cambio di “classe di coniugazione” ma in laboratorio si usano ceppi mutati incapaci di farlo. Resiste al disseccamento (trasporto, conservazione) E al 20% di alcool! (fermentazione alcolica/induzione promotori) Su uve e mosti troviamo lieviti di diversi generi e nel loro insieme caratterizzano in modo importante le caratteristiche del vino (terroir). Saccharomyces, Hanseniaspora, Pichia, Candida, Metschnikowia, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Torulaspora, Dekkera and Schizosaccharomyces. Nei laboratori CNR-ISPA (Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche) si lavora lla loro caratterizzazione per farne una risorsa biotecnologica. Dr Francesco Grieco a Lecce. Fig. 1. Yeast frequency of non-Saccharomyces strains collected from several different terroir. (A) Chile Maule region, grape juice and wine ( Ganga and Martínez, 2004); (B) Spain Serranía de Ronda region, grape juice and wine (Clavijo et al., 2010); (C) Argent... Vittorio Capozzi, Carmela Garofalo, Maria Assunta Chiriatti, Francesco Grieco, Giuseppe Spano Microbial terroir and food innovation: The case of yeast biodiversity in wine Microbiological Research, Volume 181, 2015, 75–83 http://dx.doi.org/10.1016/j.micres.2015.10.005 Principali caratteri enologici e problemi dei lieviti non-Saccharomyces nel vino. Yeast genera Torulaspora Metchinkowia Hanseniaspora Candida Kluyveromyces Issatchekia Pichia Oenological propertie negative effects Slower fermentation rate Production of sulphur compounds High concentration of esters Increase wine flavor and aroma Delays in fermentation due to Antimicrobial activity (pulcherrimin) antimicrobial activity Negative compounds (volatile Increased amounts of 2-phenyl-ethyl acetate, higher alcohols, acidity, sulphur compounds, acetate, ethyl esters and medium-chain fatty acids Reduced level etc.) ocratoxine A Biogenic amine production Production of acetoin High glycerol producer (up to 14 gl-1), low acetic acid Sluggish or stuck fermentation concentration Increased concentrations of terpenol Decreased Production of sulphur concentrations of aldehydes and acetate esters compounds Low concentration of acetic acid Enhancement of aroma and flavor Increased concentrations of lactic acid, glycerol and 2-phenylethanol Increase the amount of free monoterpenes and non-isoprenoids Reduction of malic acid content Increased concentrations of volatile compounds (acetaldehyde, ethyl acetate, 1-propanol, n-butanol, 1-hexanol, ethyl octanoate, 2,3-butanediol and glycerol) Iincreased concentration of polysaccharides Low concentration of acetic acid, H2S, SO2, malic acid Zygosaccharomyces degradation, high fermentative power Schizosaccharomyces Increased concentration of polysaccharides Degradation of malic and gluconic acid 59 L’inoculo di mix di lieviti può servire da starter per cartterizzare o salvaguardare la caratterizzazione del “terroir”. Page 8 of 10 Fig. 2 Cluster analysis of the profiles obtained by PCR interdelta region from 146 Saccharomyces cerevisiae strains (92 % of similarity) Anche tra i lieviti di genere Saccharomyces si riscontra molta variabilità. Nuovamente si presenta come una grande ricchezza per il mercato biotecnologico. World J Microbiol Biotechnol (2016) 32:59 DOI 10.1007/s11274-016-2017-4 ORIGINAL PAPER 123 Slower kinetics rate (low ethanol concentration) Higher “spicy” and “acidity” attributes Production of biogenic amines Antimicrobial activity against S. cerevisiae High amount of acetic acid Increased concentration of acetaldehyde, propanol and 2,3butandiol Low concentration of esters World J Microbiol Biotechnol (2016) 32:59 La foma “sifonale e tricale” Il tallo a struttura tricale rappresenta l organizzazione più complessa e diffusa nel regno dei funghi, costituita da IFE, tra loro comunicanti attraverso un poro (DOLIPORO) Setto con poro (Ascomiceti) Setto con doliporo (Basidiomiceti) Corpo vegetativo del fungo -> intreccio di ife, MICELIO. Il micelio è localizzato nel substrato, se il fungo è saprofita; all interno dell ospite se è parassita. Nel caso che sia simbionte la sua struttura e posizione cambia in funzione della natura del simbionte. Il micelio può organizzare alcune ife strutturandole in modo da renderle idonee a svolgere alcune funzioni: •fissazione del micelio al substrato (RIZOIDI), •assorbimento di sostanze organiche da cellule o da organismi ospiti (AUSTORI; alcuni dei quali provvedono alla cattura di prede nei funghi predatori (ife ipogee)). Modificazioni del micelio: formazione di strutture di resistenza del micelio stesso dette SCLEROZI e nei CORPI FRUTTIFERI o CARPOFORI. In entrambe le strutture le ife sono strettamente accostate a formare uno pseudotessuto detto PLECTENCHIMA o IFENCHIMA. Non vi è alcuna modificazione della struttura della parete !!!! Cambia solo l attività delle cellule che non produrranno più esoenzimi: gli sclerozi ® funzione protettiva i corpi fruttiferi ® protettiva e riproduttiva Riproduzione dei Funghi In quasi tutti i funghi è nota la riproduzione sessuale che avviene principalmente per GAMETANGIOGAMIA (unione degli organi sessuali = gametangi) (Ascomiceti, Zigomiceti) anche se in quelli acquatici è frequente la gametogamia (isogama, anisogama od oogama) (Mastigomiceti). Nei Basidiomiceti gli organi sessuali non si sviluppano e la gamia avviene tra due ife somatiche = SOMATOGAMIA. Se presenti gli organi sessuali sono sempre unicellulari ® GAMETANGI, chiamati SPERMOGONI o spermatangi se maschili, ed OOGONI od ASCOGONI (nel caso di ascomiceti) se femminili. Diffusa è la moltiplicazione vegetativa che avviene per mezzo di: • SPORE ENDOGENE = trattasi di vere e proprie mitospore • „ ESOGENE = cellule germinative (conidi) che a volte sono formate dalle singole cellule di un ifa che si disgrega (OIDIOSPORE) Classe Zygomycetes 600 specie ca. Note anche come MUFFE BIANCHE Il tallo è generalmente formato da miceli di ife non settate (cenocitici = sifonali), le quali si moltiplicano vegetativamente con mitospore endogene od esogene (CONIDI). La moltiplicazione vegetativa è molto diffusa ed importante: prevale per tutta la durata della vita del fungo ed è effettuata solo se le condizioni ambientali od edafiche risultano essere sfavorevoli alla vita del micelio. Le spore sono APLANOSPORE, si formano su ife particolari, divise dal resto del micelio da un setto, e si definiscono: • sporangiofore se all apice formano uno sporangio unicellulare (SPOROCISTI) che per mitosi produrrà numerose endospore; • conidiofore se si formano esospore per semplice divisione dell ifa (CONIDI). La riproduzione sessuata, attivata da condizioni edafiche o ambientali difficili, è GAMETANGIOGAMIA ISOGAMA, raramente ETEROGAMA (Mucorales). Formazione di uno zigote durevole, CISTOZIGOTE. Il ciclo metagenetico è APLONTE. Le spore n germinano emettendo un ifa g diventa plurinucleata e si ramifica g contatto con il substrato mediante piccoli rizoidi g sviluppo di ife ed espansione del micelio g ife sporangiofore crescono verso l alto e formano spore. La riproduzione sessuale avviene quando le ife di un individuo si avvicinano a quelle di un altro compatibile. Lo zigosporangio, con molti nuclei appaiati, può rimanere inattivo per molti mesi. I nuclei subiscono la meiosi alla sua germinazione g sporangioforo, non un micelio g spore n volano per continuare il ciclo. Ordine Aspergillales Muffe verdi Tallo miceliare superficiale, corpi fruttiferi detti CLEISTOTECI, gli aschi non sono organizzati in imenio, l apertura del cleistotecio avviene per marcescenza. Famiglia Aspergillaceae Cosmopolite, agenti di alterazioni di ogni tipo di material organico, patogeni per animali o per l uomo. Classe Basidiomycetes 2530.000 specie ca. Tallo caratterizzato da un micelio di ife dicariotiche che si allungano con un processo di DIVISIONE detto A FIBBIA. Il micelio dura parecchi anni e può raggiungere dimensioni enormi (anche qualche chilometro), e forma un corpo fruttifero particolare (BASIDIOCARPO) completamente costituito da ife n+n. La riproduzione vegetativa avviene nel corpo fruttifero, nel tessuto fertile detto imenio, all interno di particolari cellule terminali dette BASIDI si formano per meiosi 4 meiospore che poi usciranno all esterno del basidio attraverso dei brevi peduncoli detti STERIGMI. Si tratta di spore endogene che a maturità diventano esogene. La riproduzione sessuata è per SOMATOGAMIA. Non si sviluppano organi sessuali e le cellule apicali di 2 ife aplonti si uniscono. In Ustilaginales si ha, invece, SPERMATIZZAZIONE di un ifa somatica aplonte. Il ciclo metagenetico è aplodicarionte con predominanza della fase dicarionte. Spore meiotiche (BASIDIOSPORE) ® micelio n (MICELIO PRIMARIO), dalla vita brevissima ® unione per somatogamia con un micelio di segno opposto ® generazione dicariofitica e dalla iniziale cellula dicariotica in seguito a successive divisioni a fibbia ® micelio dicariotico detto MICELIO SECONDARIO. Glomeromycota (circa 150 specie note) Spore multinucleate (2-3000 nuclei!) Fondamentali nella rizosfera BIOTROFI obbligati Formano le MICORRIZE Dette Micorrize Arbuscomari (AM) Colors highlight major systematic groups of the fungi (Ascomycota: red; Basidiomycota: blue; Mucoromycotina: magenta; Glomeromycota: purple; Entomophthoromycotina: yellow; Blastocladiomycota: marine; Chytriodiomycota/Neocallimastigomycota: green). Le AM interessano oltre 240.000 specie vegetali e sono molto antiche Le AM interessano oltre 240.000 specie vegetali e sono molto antiche Un metabolita secondario (sesquiterpene) della pianta è responsabile dei primi segnali (ramificazione): lo STRIGOLATTONE Un metabolita secondario (sesquiterpene) della pianta è responsabile dei primi segnali (ramificazione): lo STRIGOLATTONE È un ormone che controlla le ramificazioni ma funge anche da segnale per AM e semi di piante parassite! Somiglia al meccanismo di segnalazione dei rizobi ma evoluto in modo indipendente L’interazione con la cellula vegetale è molto complessa e ancora oggetto di studio L’ifa viene circondata da una membrana vegetale, la membrana periarbuscolare L’elemento scambiato dal fungo alla pianta è il fosforo e servono almeno 3 trasportatori diversi di fosfati: In/out fungo e in pianta Servono poi pompe protoniche e … There are at the time of writing 384 complete fungal genomes at http://genome.jgi.doe.gov/fungi/fungi.info.html webcite, increasing almost by the hour. Penicillia Aspergillus A. Nidulans A. niger A.oryzae Zygosaccharomyces rouxii Pediococcus halophilus fondamentali per l’industria i generale… perché? Alcuni prodotti industriali dei funghi: STATINE anticolesterolo ANTIBIOTICI (penicilline, cefalosporine) IMMUNOSOPPRESSORI (ciclosporina A) vari ALCALOIDI AROMI ALIMENTARI (terpeni e lactoni) acido citrico per bibite, salsa di soia Coloranti additivi per la carta Amorphotheca (Hormoconis, Cladosporium) sono stati isolati dal carburante aereo… degrada (e produce) idrocarburi Molti degli organismi descritti non li troviamo da soli ma in consorzi nella forma di un biofilm che ricopre il substrato (specie se lapideo). Polisaccaridi igroscopici secreti dalle alghe Prima Alghe azzurre (Cianobatteri) Alghe: euglenophyta, xanthophyta, diatomee Poi Ascomiceti (+ mixomiceti) Molti degli organismi descritti non li troviamo da soli ma in consorzi nella forma di un biofilm che ricopre il substrato (specie se lapideo). Funghi basidiomiceti, licheni, muschi, cormofite Alghe endolitiche Gruppo Mycophycophyta (Licheni) 20.000 specie ca. Ritenuti sino al 1867 organismi intermedi tra le alghe ed i funghi, solo allora è stata riconosciuta la loro natura di SIMBIONTI. Le alghe (FICOBIONTI) unicellulari, coloniali in filamenti o filamentose (Cianobatteri degli ordini Chroococcales e Nostocales; Chlorophyta, degli ordini Volvocales, Chlorococcales, Chaetophorales) formano assieme a funghI (MICOBIONTE) principalmente Ascomycetes, ma anche qualche Basidiomycetes, degli organismi che hanno caratteristiche sia morfologiche che chimiche peculiari e diverse da quelle dei singoli costituenti la simbiosi. Il tallo nei licheni filamentosi è organizzato con il micelio che si avvolge attorno ad una colonia filamentosa di alghe. Negli altri licheni, invece, morfologicamente dipende dal tipo di fungo e non dal tipo di alga. 1.Tallo foglioso 2. Tallo crostoso 1 2 TALLO OMOMERO Quando il tallo non presenta una differenziazione in strati più o meno organizzati e si ha un miscuglio di ife e di alghe tenute assieme dalla mucillagine prodotta dalle pareti delle alghe (licheni gelatinosi). TALLO ETEROMERO Quando il tallo presenta una struttura con: strati corticali di ife dense prive di alghe strato intermedio con ife lasse ed alghe strati midollari con ife a funzione di struttura di riserva e privi di alghe. Diversi sono i rapporti di interfaccia tra fungo ed alga • semplice contatto spaziale • invio di ife austrici all interno della ficobionte. In alcuni licheni vi è la presenza di un secondo ficobionte che però viene isolato in una determinata parte del tallo o in appositi tubercoli detti CEFALODI. Questi contengono colonie di alghe azzurre azotofissatrici e necessitano solo ai licheni che vivono su substrati poveri di azoto ed i cui ficobionti non siano in grado di fissare quello atmosferico. Nutrizione: il micobionte dipende per i carboidrati completamente dall alga che fornisce zuccheri e polialcooli; l alga prende dal fungo H2O e sostanze minerali. Entrambi utilizzano delle sostanze licheniche che solo il simbionte è in grado di sintetizzare (acidi alifatici, depsidi, chinoni, ecc.) che legano strettamente mico e ficobionte tra loro a livello di clone. Moltiplicazione: formazione in particolari parti del tallo dette SORALI, di gruppi di alghe avvolte da ife fungine, dette SOREDI, che dispersi dal vento riformano su substrato adatto il tallo. Strutture più complesse ma simili e prodotte in altre specie sulla superficie del tallo sono gli ISIDI. In ogni caso ogni frammento di tallo è in grado di riformare, nei luoghi adatti, il tallo completo. Riproduzione sessuale: Solo il fungo è in grado di chiudere completamente il suo ciclo vitale con la riproduzione sessuata, formando corpi fruttiferi (apoteci, pseudoteci o periteci), nel cui imenio però, salvo alcune eccezioni non è mai presente l alga, per cui il tallo può formarsi solo quando il micobionte incontra un alga opportuna. Le alghe si possono moltiplicare solo vegetativamente. distacco Ecologia: su substrati diversi (roccia, terreno, cortecce, legno morto, foglie) e negli ambienti più disparati dai deserti caldi a quelli freddi anche se il loro optimum è rappresentato dai boschi umidi delle zone temperate. Tollerano temperature di +70 , e –196 , e riescono a fissare CO2 anche a – 24 . Quelli epilitici sono specie pioniere che riescono a sciogliere il calcare ed iniziare la colonizzazione del substrato (anche i monumenti). Sono specie peciloidre: si dissecano e si reidratano velocissimamente. La durata della loro vita va da un anno per quelli epifilli tropicali, a millenni per quelli crostosi epilitici artico alpini: in base alla loro crescita (0,5 mm/anno) sono stati utilizzati per datare le morene glaciali. Importanti sono i licheni nel Bioma tundra in cui costituiscono assieme ad alcuni muschi gli unici produttori primari: Cladonia rangiferina il lichene delle renne è assieme ad alcuni altri licheni fruticosi il principale nutrimento di questi animali. Lecanora esculenta, il lichene della manna è tipico delle steppe dell Africa settentrionale ed è edule. Cetraria islandica, lichene diffuso in tutta Europa ed utilizzato come pianta medicinale. Attualmente da molti licheni sono stati ricavati antibiotici. Cladonia Cetraria Ottimi indicatori bio-ecologici. Physconia grisea (Lam.) Poelt epilitica se è presente accumulo di nitrati, rara sopra i 1000 m, presente anche all'interno di aree urbanizzate. Lecanora conizaeoides Nyl. ex Crombie Comune su cortecce, legno e muri, e di solito assente nelle zone montane non inquinate. Xanthoria parietina (L.) Th. Fr.Comunissima specialmente sotto i 1000 m. Su alberi ma anche su rocce ( specialmente nei punti arricchiti di nitrati per gli escrementi di uccelli od altri animali, e vicino al mare).
