Dott.ssa
Monica Francesca Veronese
biologa
I SEGRETI DEGLI ALBERI
Harmonia plantarum
Mirano 24.05.2013
Omero
Pitture vascolari – Anfore Attiche
Ovidio
Lucrezio
Hans Kayser
Harmonia Plantarum (1943)
Modello della classificazione a cinque regni
Monera
Protista
Primi
organismi
Plantae
Fungi
Animalia
Procarioti
Eucarioti
Modello a doppia elica del DNA
G
C
T
A
A
Coppie di basi
appaiate
C
T
C
G
C
G
A
T
T
O
O
P
O
H2C
Legame idrogeno
OH
A
T
O
O
P
–O
O
H2C
A
O
O
–O P
O
H2C
A
A
T
A
O
CH2
O O–
P
O
O
O
CH2
O O–
O P
O
O
O
CH2
O
O–
P
O
O
O
O
CH2
O
O–
P
HO O
C
G
G
C
A
T
T
OH
G
A
O
–O
G
T
O
OH
P
O
O
H2C
–O
C
T
Modello a nastro
Struttura chimica
Modello computerizzato
Il DNA ha quattro tipi di basi azotate:
• adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G)
H
O
H3C
H
C
C
C
H
H
N
C
H
N
C
N
C
C
C
N
H
O
N
H
H
Timina (T)
Citosina (C)
Pirimidine
H
N
H
O
N
H
O
C
C
N
C
C
N
H
C
N
N
H
N
C
C
N
H
Adenina (A)
Guanina (G)
Purine
H
C
N
H
C
C
N
H
H
Seconda base azotata
C
A
U
Cys U
C
UUU
UUC
Phe UCU
UCC
UUA
UCA
UAA Stop
UGA Stop
A
UUG
UCG
UAG Stop
UGG Trp
G
CUU
C CUC
CUA
CUG
CCU
CCC
CAU
CAC
His
CGU
CGC
U
CCA
CCG
CAA
CAG
CGA
Gln CGG
ACU
ACC
AAU
AAC
Asn AGU
AGC
Ser
ACA
ACC
AAA
AAG
Lys AGA
AGG
Arg A
GCU
GCC
GAU
GAC
Asp GGU
GGC
U
Prima base azotata
tutti gli organismi
(dai batteri alle
piante agli animali)
condividono lo
stesso codice
genetico.
G
AUU
A AUC
AUA
Leu
Leu
Ile
Met o
AUG inizio
G
GUU
GUC
GUA
GUG
Val
Ser
Pro
Thr
Ala
UAU
UAC
GCA
GAA
GCG
GAG
Tyr UGU
UGC
Arg
C
A
G
Glu
U
C
G
U
GGA
Gly C
A
GGG
G
Terza base azotata
Il codice genetico è «la stele di Rosetta»
della vita
Che cos’è una pianta?
– Le piante sono organismi eucariotici pluricellulari
che sintetizzano molecole organiche mediante la
fotosintesi.
– Al regno Plantae appartengono gli alberi, le piante
erbacee e molti altri organismi verdi che ci
circondano. Anche le alghe pluricellulari rientrano in
questa iniziale definizione.
L’evoluzione e la diversità delle
piante
• Le piante si sono evolute da alghe verdi del
gruppo delle caroficee
• Confronti molecolari e omologie nelle strutture cellulari
indicano che le caroficee sono i parenti più prossimi
delle piante: le piante e le moderne caroficee
probabilmente si sono evolute da un antenato
comune.
Le piante
hanno
specifici
adattamenti
che le alghe
non hanno:
l’alga è, infatti,
adattata alla
vita acquatica,
mentre la
pianta è
adattata a
quella
terrestre.
Pianta
Struttura riproduttiva, come nei fiori,
contiene spore e gameti
Foglia (svolge la fotosintesi)
Cuticola (evita la perdita di acqua)
stomi (favoriscono gli scambi gassosi)
Fusto (sostiene la pianta e può
attuare la fotosintesi)
L’alga è sostenuta
dall’acqua circostante
Radici
(àncorano la
pianta; assorbono
acqua e sali
minerali dal suolo
grazie anche ai
funghi micorrizali)
L’intera alga
svolge la fotosintesi
e assorbe acqua,
ossigeno e sali
minerali
dall’acqua
circostante
Aptere
(àncora l’alga
al substrato)
Alga
La maggior parte delle piante ha una rete di cellule
organizzate in sottili canali che costituiscono il tessuto
vascolare, si diramano in tutto il corpo e svolgono la
funzione di trasportare l’acqua e i minerali verso l’alto,
dalle radici alle foglie, e di distribuire gli zuccheri
prodotti nelle foglie a ogni parte del corpo.
– Si distinguono due tipi di tessuto vascolare: lo
xilema (costituito da cellule morte) e il floema
(formato da cellule vive).
– Xilema e floema trasportano acqua e nutrienti
attraverso il corpo della pianta e forniscono
supporto rigido interno.
La diversificazione delle piante testimonia la loro
complessa storia evolutiva
Piante terrestri
Piante
Angiosperme
Piante con semi
Gimnosperme
Pterofite
(felci e simili)
Piante vascolari
senza semi
Licopodiofite
(licopodi e simili)
Muschi
Antocerote
Briofite
(piante non vascolari)
Epatiche
Le piante si sono evolute da
un gruppo di alghe verdi,
una linea ha dato origine
alle briofite, l’altra ha dato
origine alle piante vascolari.
Comparsa delle piante con semi
(360 milioni di anni fa)
Comparsa delle piante vascolari
(420 milioni di anni fa)
Comparsa delle piante terrestri
(475 milioni di anni fa)
• Le briofite sono semplici piante prive di tessuti
vascolari e comprendono muschi ed epatiche.
Le piante vascolari hanno tessuti conduttori, radici
e fusti rigidi.
– Queste piante comparvero circa 420 milioni di anni fa.
– Le piante vascolari si dividono in:
• piante vascolari senza semi;
• piante vascolari con semi.
• La linea delle piante vascolari senza semi
comprende i due cladi delle licopodiofite e delle
pterofite, le felci. Le felci hanno gameti maschili
flagellati che necessitano di acqua per potersi
muovere e raggiungere i gameti femminili.
Piante senza semi e conifere hanno dominato a
lungo la Terra
Durante il periodo Carbonifero, le felci e le altre piante
senza semi formavano grandi foreste nelle zone
paludose (che occupavano vaste aree) e che hanno
generato una grande quantità di materiale organico.
Le piante vascolari con seme producono semi,
embrioni racchiusi in un rivestimento protettivo
insieme a una riserva nutritiva.
Il seme caratterizza le gimnosperme e le angiosperme,
piante vascolari che utilizzano il polline per trasferire
sulle parti femminili le cellule che producono i gameti
maschili.
• Le gimnosperme (come i pini) sono piante a seme
nudo (non contenuto in un frutto).
• Le angiosperme (piante con fiori) sviluppano i semi
all’interno di un ovario in un frutto.
Il successo delle angiosperme
• Il fiore è l’elemento chiave nella riproduzione delle
angiosperme
• I fiori sono formati da sepali (che racchiudono il
bocciolo), petali (a funzione vessillare), stami (organi
maschili) e carpelli (organi femminili).
Stigma
Stame
Antera
Filamento
Stilo
Ovario
Carpello
Petalo
Sepalo
Ricettacolo Ovulo
La struttura di un frutto riflette il suo ruolo nella
disseminazione
Il frutto (cioè l’ovario maturo di un fiore) rappresenta
un particolare adattamento che favorisce la
dispersione dei semi, ossia la disseminazione.
acero
bardana
ribes
L’evoluzione delle angiosperme è stata
influenzata dalle interazioni con gli
animali
– Nel corso dell’evoluzione le piante con fiori e gli
animali terrestri hanno sviluppato numerose
relazioni vantaggiose per entrambi.
– La maggior parte degli animali terrestri dipende
dalle angiosperme per il cibo.
La maggior parte delle angiosperme dipende dagli
insetti, dagli uccelli o dai mammiferi per
l’impollinazione e per la disseminazione
Molte piante presentano radici, fusti e foglie
modificati per un sempre più efficiente
adattamento
Alcune piante (per esempio le carote, le rape, le
barbabietole da zucchero e i ravanelli) sono radici a
fittone particolarmente ingrossate, che contengono
sostanze nutritive sotto forma di carboidrati, come
l’amido.
In alcune piante, come le fragole, il fusto principale
produce fusti supplementari chiamati stoloni, che
crescono orizzontalmente sulla superficie del suolo e
permettono alla pianta di
Pianta di
riprodursi per via asessuata.
fragola
Pianta di
patata
Stolone
Pianta di zenzero
Fittone
Rizoma
Rizoma
Tubero
Radice
Alcune piante hanno altri tipi di foglia modificata: come
il viticcio (nel pisello e nella vite) che permette alla
pianta di arrampicarsi e le spine (nei cactus) che
proteggono la pianta dagli erbivori.
eterofillia nel leccio
Metodi di nutrizione alternativi: le piante
parassite e le piante carnivore
– Le piante parassite succhiano la linfa elaborata da
altre piante.
– Le piante carnivore completano
la loro nutrizione azotata
catturando insetti e altri piccoli
animali con vari sistemi.
Gli ormoni vegetali sono sostanze che regolano
la crescita e lo sviluppo delle piante
– Gli ormoni vegetali coordinano le attività delle
cellule e dei tessuti della pianta.
– Questi ormoni sono prodotti in piccole quantità in
certi distretti della pianta e conducono segnali ad
altri distretti, regolando la crescita e lo sviluppo.
I sistemi di controllo ormonale e il
movimento
• Alcuni storici esperimenti sui movimenti delle
piante verso la luce hanno portato alla scoperta
del primo ormone vegetale
• Il fototropismo è una risposta adattativa grazie alla quale i
germogli in crescita e i fusti delle piante adulte si dirigono
verso la luce del Sole, di cui hanno bisogno per effettuare
la fotosintesi.
I tropismi e i ritmi biologici
I tropismi sono meccanismi che permettono alle
piante di rispondere agli stimoli dell’ambiente
• Le piante sono in grado di percepire e di
rispondere ai cambiamenti ambientali in diversi
modi.
• I tropismi sono risposte di crescita che mutano la
forma di una pianta o la fanno crescere verso uno
stimolo o lontano da esso.
La risposta alla luce
– Il fototropismo dà luogo a una diversa velocità di
allungamento delle cellule sui lati opposti del fusto.
– A causa della diversa distribuzione di auxina, le
cellule sul lato non illuminato del fusto si allungano
più velocemente di quelle poste sul lato che riceve
luce diretta.
Esperimenti sulle piante hanno portato alla scoperta di
un messaggero chimico, l’ormone auxina,
responsabile del fototropismo che può essere dovuto
agli spostamenti dell’auxina dal lato illuminato al lato
buio del fusto.
Lato al
buio del
germoglio
Luce
Lato illuminato
del germoglio
La risposta alla gravità
– Il geotropismo è una risposta alla gravità e può
essere causato dagli spostamenti di certi organuli
sul lato inferiore del fusto e delle radici.
– Lo spostamento degli organuli può causare un
cambiamento nella distribuzione degli ormoni.
Le citochinine stimolano la divisione
cellulare
– Le citochinine sono regolatori della crescita che
promuovono la divisione cellulare, detta anche
citodieresi (o citochinesi).
– Le citochinine naturali sono prodotte nei tessuti in
crescita attiva, in particolare nelle radici, negli
embrioni e nei frutti.
Le citochinine di origine radicale bilanciano gli effetti
dell’auxina prodotta dai meristemi apicali, provocando
lo sviluppo delle gemme laterali e quindi la
ramificazione.
Gemma apicale presente
Gemma apicale assente
Le gibberelline stimolano l’allungamento dei fusti e delle
foglie
– Le gibberelline stimolano anche lo sviluppo dei
frutti.
– Quelle rilasciate dagli embrioni sono coinvolte negli
eventi che accompagnano le prime fasi della
germinazione dei semi.
L’acido abscissico inibisce molti processi
vegetali
– L’acido abscissico (ABA) inibisce la germinazione
dei semi.
– Il rapporto ABA/gibberelline spesso determina la
quiescenza o la germinazione dei semi.
• L’ABA funge anche da ormone dello stress, causando
la chiusura degli stomi in caso di disidratazione.
• I semi di alcune piante restano quiescenti finché il
contenuto in ABA non viene dilavato dall’acqua o non
viene inattivato.
L’etilene induce la maturazione dei frutti e
controlla i processi di invecchiamento
– Quando le cellule di un frutto maturano, producono
etilene, un gas che favorisce la maturazione.
– Agendo come un ormone, l’etilene induce diversi
tipi di risposte connesse con l’invecchiamento tra
cui la morte programmata delle cellule.
Un aumento della produzione di etilene in un frutto
ne innesca la maturazione
1
3
2
Ramo
LM 20
La caduta delle foglie
Un cambiamento del
rapporto tra auxina ed
etilene, innescato
soprattutto dall’accorciarsi
del numero di ore di luce,
probabilmente provoca i
cambiamenti tipici
dell’autunno negli alberi
decidui.
Gambo
della foglia
Stato protettivo
Ramo
Stato di abscissione
Picciolo
della foglia
La risposta al contatto
Il tigmotropismo è la risposta al contatto ed è
responsabile dell’avvolgimento dei viticci e dei
rampicanti intorno a oggetti.
Mimosa pudica
Le piante hanno orologi interni e percepiscono
le stagioni
I ritmi biologici innati e l’adeguamento ai ritmi
ambientali
– Un orologio biologico interno aiuta le piante a controllare i
movimenti notturni e altri cicli giornalieri.
– Questi cicli, chiamati ritmi circadiani, durano 24 ore e
persistono anche in assenza di stimoli ambientali.
Mezzogiorno
Mezzanotte
Le piante possono stimare il tempo
La Dionea muscipara, pianta carnivora, chiude le
sue due foglie quando il suo “pelo trappola” viene
toccato da un insetto non una, ma due volte
succesive
Il fotoperiodo e i cicli stagionali
– Le piante percepiscono le stagioni misurando il
fotoperiodo, la lunghezza relativa delle ore di buio
e di luce.
– Il momento della fioritura è una delle risposte
stagionali al fotoperiodo.
L'importanza di una buona "conversazione" fra
piante vicine
Disporre di un buon vicinato è importante anche per i vegetali, che scambiano
informazioni con le piante limitrofe attraverso sostanze chimiche volatili, variazioni
di luminosità, contatto fisico.
Una ricerca ha dimostrato che riescono a sapere se le specie vicine favoriranno
od ostacoleranno la loro crescita attraverso qualche altra via di comunicazione,
probabilmente legata a nanovibrazioni meccaniche generate dall'attività cellulare,
ossia a fenomeni sostanzialmente acustici (red)
Le piante si riconoscono e interagiscono
• attraverso segnali chimici volatili come nanomolecole di
profumo
• attraverso segnalazioni acustiche dovute a vibrazioni
nanomeccaniche del citoscheletro
• attraverso gli effetti della luce e dell’ombra tra due piante vicine
• attraverso sensori UV – B nelle radici e nelle foglie
ESEMPI DI INTERAZIONE NEGATIVA TRA PEPERONCINO E
FINOCCHIO
Semi e giovani piantine di peperoncino (Capsicum annuum) riconoscono la
presenza nelle vicinanze di un adulto conspecifico o di una pianta di specie
diversa come quella di finocchio, i cui prodotti chimici volatili ostacolano la
germinazione dei semi di peperoncino.
ESEMPI DI INTERAZIONE POSITIVA TRA PEPERONCINO E
BASILICO
Le piante di basilico producono un gran numero di sostanze volatili
capaci di inibire la germinazione e la crescita delle radici delle piante
infestanti competitive sia con il basilico sia con il peperoncino.
La diversità del patrimonio vegetale è una
risorsa non rinnovabile
Il rapido aumento della popolazione umana nel corso
dell’ultimo secolo ha causato l’estinzione di migliaia di
specie vegetali, riducendo molto velocemente e in
modo drastico la biodiversità mondiale.
La fertilità del suolo è fondamentale per la
crescita delle piante e per la vita umana
– Un suolo si definisce fertile quando consente la
crescita di un numero abbondante di piante.
– Il suolo fertile contiene una miscela di particelle
rocciose e argillose che trattiene acqua e ioni
minerali e che permette all’ O2 di diffondersi nelle
radici delle piante.
– Conservare la fertilità del suolo è importante per
l’umanità.
– L’irrigazione oculata, il controllo dell’erosione e l’uso
prudente di fertilizzanti e pesticidi sono aspetti utili
al mantenimento della fertilità dei suoli.
ALBERI COSMICI
Quercia - Farnia
Quercus robur
Frassino
maggiore
Fraxinus
excelsior
Faggio
Fagus sylvatica
ALBERI VELENOSI
Tasso
Taxus baccata
ALBERI SIMBOLICI
Acero di monte
Acer pseudoplatanus
Acero campestre
Acer campestris
Acero di monte
Acer pseudoplatanus
Acero riccio
Acer platanoides
ALBERI DELLA GRANDE MADRE
Platano
Platanus acerifolia
Liquidambar
Liquidambar
styraciflua
ALBERI DELLA VITA
Ginkgo
Ginkgo biloba
Bagolaro
Spaccasassi
Celtis
australis
Conclusioni
Dott.ssa
Monica Francesca Veronese
biologa
I SEGRETI DEGLI ALBERI
Harmonia plantarum
Grazie per l’attenzione
Mirano 24.05.2013
