l`acqua e le piante

L’ACQUA E LE PIANTE
IL TRASPORTO
Lucia Flori, Enrico Pappalettere
Percorso attuato nelle classi 2C e 2G del Liceo Scientifico Ulisse Dini-Pisa.
Nei manuali per il laboratorio di biologia questo tema è sempre presente. Non potrebbe
essere altrimenti, visto il rapporto costitutivo tra piante e acqua.
Il percorso didattico, rivaluta esperienze di laboratorio magari trascurate a causa di una
loro innegabile “banalità”, e attua attività meno conosciute, ma non sempre più complesse
e difficile da realizzare. Le osservazioni e gli esperimenti che vengono attuati sono infatti
in parte gli stessi descritti da detti manuali, con alcune varianti; in parte compaiono solo in
alcuni testi e quindi risultano meno noti ed eseguiti.
Il modo di sviluppare l’indagine con gli studenti nei vari anni non è stato rigido, anche se il
percorso è pensato e costruito nelle sue linee generali e con i protocolli necessari per
svolgere le attività sperimentali, poiché le direzioni e le svolte in genere sono dipese da
molti fattori legati alla concretezza dei protagonisti e delle situazioni.
Il percorso, così come viene presentato è stato svolto nella sua interezza in almeno due
anni.
La cosa importante è che l’indagine si sviluppi comunque senza salti logici, procedendo
da un tipo di problemi a un altro, come per raggiungere una meta segnata in una mappa,
senza l’obbligo di seguire un particolare itinerario, ma certo con quello di costruire un
percorso giustificato.
UN MODO PER INCOMINCIARE
Tutti sanno, anche i bambini, che le piante non sopravvivono senz’acqua, anche se le
esigenze possono variare non poco da gruppo a gruppo e da specie a specie (2).
E’ a tutti nota la pratica dell’annaffiatura delle piante, anche di un semplice balcone di casa
(di un giardino, per i più fortunati); è anche nozione comune che essa deve essere
regolare e costante, ma differenziata a seconda delle specie ospiti di un vaso o di
un’aiuola e della stagione. Così abbiamo cominciato proponendo l’osservazione di una
piantina in vaso ben idratata e di un’altra simile, ma chiaramente appassita.
Abbiamo proposto un questionario-guida del tipo di quello esposto più avanti, per mezzo
del quale i ragazzi davano risposte scritte da confrontare e discutere in una fase
successiva; a volte abbiamo avviato e guidato da subito una discussione, di cui venivano
verbalizzati per scritto i passaggi salienti.
QUESTIONARIO D’INGRESSO E/O DISCUSSIONE
•
Descrivi l’aspetto generale delle due piante.
•
Tocca le varie parti delle due piante e descrivi le tue impressioni.
•
Che cosa può essere accaduto nella pianta appassita?
•
Che cosa può essere accaduto nelle cellule della pianta appassita? (la domanda
evidentemente può essere rivolta solo ad allievi che già conoscono la cellula).
•
L’appassimento è irreversibile o può essere annullato? In che modo?
Abbiamo in genere ricevuto risposte corrette all’ultima domanda, perché nella vita
quotidiana è frequente la pratica di un’annaffiatura di emergenza per recuperare in
extremis una pianta appassita. La presentazione di una piantina appassita, ma non
troppo!, sollecita i ragazzi a focalizzare l’attenzione sul rapporto causale fra recupero
della turgidità e l’acqua. Poi abbiamo proposto le seguenti domande:
•
Da quali parti (del suo corpo) l’acqua entra nella pianta?
•
Da quali parti l’acqua può abbandonare la pianta?
•
Qual è il percorso che l’acqua compie nel corpo della pianta?
•
Perché la pianta perde l’acqua che ha assorbito? Non sarebbe più semplice e
logico che, una volta assorbita, la trattenesse?
Le risposte sono state discusse con i ragazzi, sforzandosi di farne emergere una serie di
nuove domande o problemi che si prestassero ad essere affrontati in laboratorio.
Indagini sulla traspirazione
a. Semplice esperienza per rilevare l’entità della traspirazione
Si tratta di un’osservazione proposta tradizionalmente su molti manuali, adatta per la sua
semplicità anche a ragazzi più giovani. Abbiamo messo sul piatto di una bilancia una
piantina annaffiata di ciclamino o altra specie disponibile, una di quelle vendute nei formati
più piccoli dei vasi di plastica.
L’osservazione è stata più rapida quando la piantina possedeva foglie ampie e sottili. Il
vasetto era stato avvolto dentro una busta di polietilene, del tipo usato per congelare i cibi,
e la sua imboccatura era stretta delicatamente attorno alla base della piantina, in modo da
isolare dall’ambiente esterno la maggior parte della terra del vaso.
Il vaso è stato equilibrato con i pesi necessari collocati sul secondo piatto di una bilancia
da cucina classica a due piatti, meccanica, ( si può porre sul piatto di una bilancia
elettronica, registrandone il peso iniziale e leggendo successivamente a intervalli i nuovi
valori sul display.)
Noi abbiamo preferito la bilancia tecnica a bracci uguali, tradizionale strumento del
laboratorio di chimica, oggi purtroppo sempre più soppiantata da bilancine elettroniche
“faccio-tutto-io”. Nel giro di una mezz’ora si rende sempre più evidente una diminuzione
della massa iniziale, che risulta particolarmente enfatizzata dallo squilibrio crescente dei
due piattelli della bilancia a bracci uguali.
Una discussione con i ragazzi a proposito delle possibili cause ha fatto emergere
abbastanza facilmente che essa è dovuta alla perdita di acqua per traspirazione. Ci sono
molte ragioni dietro la corretta indicazione della causa: letture, esperienze domestiche o
scolastiche precedenti, il banale sentito dire, ma anche una congettura intelligente!
E’ stato segnalato ai ragazzi, quando nessuno di loro lo aveva notato, che comunque,
mentre la pianta diminuisce il suo peso, non si manifesta nessuna perdita di acqua liquida.
E’ stato loro chiesto di suggerire qualche osservazione o piccolo esperimento integrativo,
capace di dare maggiori indicazioni per risolvere il problema. Qualcuno ha ricordato
l’osservazione dell’appannamento che si determina in un sacco di cellophane o di
polietilene che avvolga la parte aerea di una pianta (osservazione fatta nel laboratorio di
scuola media o durante la vita quotidiana), e così è stato messo in campo il fenomeno del
doppio passaggio di stato dell’acqua, prima da liquida a vapore e poi da vapore a liquida.
Scheda
Materiali
Piccola piantina in vaso
Sacchetto di plastica.
Bilancia con piatti e pesi
Procedimento
Avvolgere il vaso con il sacchetto e chiudere il sacchetto alla base del fusticino in modo da coprire
la parte superiore del vaso stesso
Pesare la piantina con la bilancia
Attendere circa 20 minuti e ripesare
Osservazioni
Osservare se c’è stata variazione della massa del sistema e cercare di motivare l’osservazione fatta
b. La guttazione
Abbiamo suggerito a questo punto della discussione un’osservazione significativa, cioè la
guttazione, che non è altro che la perdita di acqua liquida dalle foglie attraverso particolari
aperture (idatodi). Una pianta che si è mostrata particolarmente affidabile nella
presentazione di questo fenomeno è l’avena.
Quando la pressione dell’acqua che proviene dalle radici non è bilanciata da una perdita
d"acqua per traspirazione (come nel caso di ambienti con umidità relativa molto alta)
l'acqua in eccesso viene eliminata sono forma di piccole goccioline in corrispondenza
della porzione terminale di alcune nervature delle foglie. A questo livello sono presenti
delle strutture dette idatodi caratterizzate da un 'apertura .detta stoma acquifero. che è in
stretto collegamento con una cavità sottoepidermica.
Scheda per la guttazione
Materiali
Semi di avena
2 piccoli vasi da fiori 10-15 cm di diametro
2 sottavasi
Terriccio
Campana di vetro
Metodologia
Mettere al macerare in acqua una manciata di semi d'avena .Dopo 24 ore mettere i semi a dimora in
due vasi. Annaffiare abbondantemente e sistemare il sottovaso sotto i due vasi. Mantenere il
terriccio sempre umido.
Dopo 5-6 giorni le piantine avranno già raggiunto 4-5cm di altezza.
Osservazioni
Se si mantiene il terriccio molto umido o se si mene il vaso con le piantine per circa 20·30 minuti
sotto una campana di vetro o sacchetto di plastica si osserva il fenomeno della
guttazione ..
Nel secondo vaso,se il terriccio è mantenuto meno umido e se non lo si mette sotto la campana. il
fenomeno non si verifica
Oltre a confermare la supposizione che la diminuzione del peso sia dovuta alla perdita di
acqua, la guttazione suggerisce chiaramente che essa sfugge attraverso le foglie.
Notiamo di passaggio che l’aspetto delle giovani foglie di avena, ciascuna sormontata da
una perlina di acqua liquida iridescente, costituisce nella sua semplicità un vero
spettacolo!
La traspirazione è stata poi indagata anche attraverso un modello, classicamente
conosciuto col nome di “potometro”, del quale esistono diverse varianti.
Indagini sulla traspirazione
a. Semplice esperienza per rilevare l’entità della traspirazione
il potometro che abbiamo utilizzato è uno strumento semplice, ma non banale, che
consente uno studio sia qualitativo sia quantitativo dell’entità della traspirazione e
permette di osservare come essa sia influenzata da variabili come aerazione,
temperatura, umidità e dalla quantità di foglie nello stesso rametto.
Scheda
Premessa
Con questo apparecchio è possibile misurare in maniera più quantitativa l'entità della traspirazione
effettuata dalle foglie di un giovane fusticino.
Materiali
Due tubicini di vetro lunghi l'uno 37cm e l’altro 7.5cm e con diametro di 2mm.
Un rubo di vetro a T avente lo stesso diametro
I0cm circa di tubo di gomma trasparente che si adatti ai tubicini
Un piccolo imbuto
Pinze, sostegno ad anello con ganasce, doppio decimetro
Fiamma a gas per curvare. il vetro
Recipiente per contenere l’acqua
Un giovane rametto con foglie intatte (va bene il pitosforo) tenuto in un vaso immerso in acqua
fino al montaggio dell'apparecchio
Metodologia
Incurvare ad angolo retto il tubo di vetro più lungo in modo da ottenere un braccio di 7·8cm
Incurvare ad angolo retto il tubo di vetro più corto in modo da ottenere due braccia della stessa
lunghezza
Collegare i pezzi con il tubo a T come illustrato
Inerire l' imbuto all' estremità libera della T mediante tubo di gomma
Prevedere di fissare l'apparecchio ad un apposito sostegno al quale sia stato fissato anche un
righello millimetrato.
Immergere tutto il dispositivo in acqua in modo che non rimangano bolle d'aria; .inserire il fusticino
nel tubo di gomma collegarlo al braccio più corto controllando accuratamente che non si formino
altre bolle d'aria. Chiudere con una pinza il tubo di gomma che unisce la T all'imbuto
Chiudere la pinza e togliere l’apparecchio dall’acqua tenendo chiusa con un dito l’estremità del
tubo libera Immergere quindi l’estremità libera nella vaschetta contenente acqua
E" necessario contemporaneamente far penetrare nel sistema una bolla d’aria Per fissare la bolla in
una posizione precisa davanti al righello si apre la pinza che. chiude. l’imbuto e poi si richiude.
Osservazioni
Dopo pochi minuti la bolla comincerà a muoversi in direzione del fusticino dimostrando che
attraverso le foglie avviene la liberazione di vapor acqueo
Determinazione dell 'entità della traspirazione
Si fissa un determinato intervallo di tempo (5 o 6 minuti) e si rileva di quanti centimetri si è spostata
la bolla. Conoscendo il diametro del tubicino si calcola il volume d’acqua spostato.
L’acqua spostata sarà uguale a quella emessa dalle foglie e sarà quindi possibile calcolare. la
quantità di vapor acqueo emesso nell’unità di tempo.
Se si defoglia il ramo si osserva una nella diminuzione dell’ attività di traspirazione
Se si sottopone il ramo all’aria proveniente da un ventilatore la velocità di traspirazione aumenta
Come tutti i modelli il potometro introduce una semplificazione del sistema e consente di
esaminare variabili che lo rendono particolarmente interessante. Intanto la stessa
costruzione del potometro ha impegnato utilmente le capacità dei ragazzi.
Poi, nel concreto funzionamento, i ragazzi hanno notato che lo stesso fenomeno, cioè la
perdita di acqua verso l’atmosfera, non riguarda più la pianta in toto, ma una sua parte,
quella aerea, staccata dal resto del corpo, che nella piantina dell’esperimento precedente
era invisibile, quasi una scatola nera. Ora hanno osservato che la superficie tagliata del
ramo entrava in contatto diretto con l’acqua nel tubicino. Con un montaggio accurato,
hanno sollevato dall’acqua del beker il tratto verticale del tubicino e tenendolo sospeso per
circa un minuto, hanno notato che all’estremità del tubicino si formava una bolla d’aria.
Hanno atteso che la bolla assumesse una forma cilindrica (più facilmente visibile) e poi
hanno rimesso nell’acqua del beker il tubicino. Da questo punto in poi i ragazzi hanno
potuto seguire lo spostamento lento e continuo della bolla d’aria lungo il tubicino in
direzione del ramo.
La causa di questo spostamento e della formazione stessa della bolla sono stati compresi
dai ragazzi: è l’acqua del tubicino a muoversi nella stessa direzione non essendo
pensabile che sia la bolla d’aria a muoversi nel tratto orizzontale. Poiché non ci sono
perdite nel sistema, l’unica spiegazione è ammettere che l’acqua del tubo entri in
continuità fisica con quella nel ramo, ma poiché il ramo la cede alle foglie e queste all’aria,
ecco che anche l’acqua del tubicino si sposta nella stessa direzione come se il tubo di
vetro fosse diventato un vaso della pianta. Intanto sono possibili delle misure: del percorso
lineare della bolla e indirettamente di volume conoscendo la sezione del tubicino. Il
volume traspirato può essere rapportato al tempo impiegato nelle condizioni ambientali
date, di temperatura e di umidità relativa.
Queste condizioni sono state modificate, avvicinando all’apparecchio una fonte di calore,
ingegnandosi per variare l’umidità ambientale, modificando la mobilità dell’aria intorno al
ramo grazie a un ventilatore. Anche il ramo della pianta è stato sostituito con quello di
un’altra specie per fare confronti nelle stesse condizioni, e si è intervenuti sullo stesso
ramo defogliandolo in tutto o in parte.
Il funzionamento del potometro ha suggerito qualche interrogativo già emerso in
occasione delle osservazioni precedenti e ne ha suscitato qualcuno nuovo: sono le foglie,
ed eventualmente i rami, le uniche vie di fuga dell’acqua, ma questa volta in fase di
vapore?
Da quali strutture si allontana l’acqua? Quale fenomeno si determina all’interfaccia fra il
ramo tagliato e l’acqua del tubicino di vetro? La traspirazione continua tranquillamente
come se il tubicino di vetro fosse un vaso della pianta: perché non c’è alcuna necessità
della presenza di strutture viventi per la perpetuazione del fenomeno del trasporto
dell’acqua?
b. Il potometro- modello fisico per dimostrare l’ascesa nel fusto, per illustrare con
maggiore concretezza il meccanismo della coesione-traspirazione
A questo punto il fenomeno della traspirazione è stato ulteriormente approfondito ,
ricorrendo a un modello interamente “fisico”, a differenza del precedente che si avvale
comunque di qualcosa di vivo. Esso è descritto nella scheda che segue
Scheda
Il potometro (modello fisico)
Premessa
I principi fisici coinvolti nel processo dell'ascesa dell'acqua nelle piante rampicanti e
negli alberi ad alto fusto può essere dimostrato con l'osservazione del funzionamento
del potometro (modello fisico).
L'esperienza richiede l'osservazione ad intervalli di tempo non troppo ravvicinati ad
esempio due giorni consecutivi.
Nel caso in cui si possiedano due apparecchiature è conveniente attivarne una il giorno
precedente in modo da poter rilevare contemporaneamente i diversi livelli.
Materiali
Un tubo di vetro lungo 80-90cm e di diametro5mm
Un contenitore di vetro con capacità di almeno 200cc
Una bacinella di vetro o plastica
Un provettone o contenitore in porcellana porosa di diametro 6-7cm
Un tappo di gomma forato che si adatti al tubo di vetro e al contenitore in porcellana
60-70cc di mercurio
Acqua distillata
Sostegno per tubo di vetro
Procedimento
Bollire il contenitore di porcellana e
l'acqua distillata in modo da eliminare le
bolle d'aria
Riempire la porcellana con l'acqua
bollita, farla raffreddare. Inserire il tubo
di vetro nel tappo,chiudere la porcellana
e riempire con acqua distillata bollita
anche il tubo di vetro.
Capovolgere il dispositivo immergendo il
tubo di vetro nel recipiente contenente
mercurio e trattenendo l'acqua del tubo
tenendolo premuto con un dito. Fissare lo
strumento verticalmente assicurandolo ad
un apposito sostegno.
Nota bene Onde evitare fuoriuscite accidentali di mercurio è opportuno appoggiare il
contenitore all' interno di una bacinella più grande. Inoltre per la sicurezza è bene ricoprire il
mercurio con uno strato di acqua dell’altezza di un paio di centimetri
Osservazioni
Dopo 20 minuti circa è possibile osservare che una certa quantità di mercurio è
risalita lungo il tubicino di vetro. Il fenomeno può essere accelerato dirigendo
l'aria di un ventilatore sopra il recipiente di porcellana. Se si dispone di un secondo
strumento allestito il giorno precedente o se si effettua l'osservazione il giorno dopo è
possibile rilevare che il mercurio è risalito nel tubicino fino ad un 'altezza di 60-70 cm o più.
E' interessante
considerare
che se al posto del
mercurio si fosse usata
acqua la colonna
avrebbe raggiunto
un 'altezza di oltre 10
metri
Altezza colonna di
mercurio
Si tratta di un esperimento che abbiamo trovato solo su due testi, uno di botanica
universitario e uno di esperimenti di biologia per le scuole, di autori inglesi, Miller e
Blaydes, Metodi e materiali per l’insegnamento delle scienze biologiche, Feltrinelli, 1970.
La risalita di mercurio è di tutta evidenza, anche di altezze vicine al valore barometrico
standard. Si assiste così al fatto che un vasetto cilindrico di terracotta porosa, pieno di
acqua (circa 125 cm3), riesce a tirare su l’equivalente di una decina di metri di colonna
d’acqua. Il problema che si pone è quello classico del meccanismo che rende possibile la
risalita dell’acqua nei vasi delle piante d’alto fusto, anche quando l’altezza è di varie volte
maggiore di quella barometrIca.
Alcuni aspetti di questo apparato sperimentale sono di un certo interesse: la perdita di
acqua dal sistema può avvenire solo attraverso il vasetto di terracotta, quindi attraverso i
suoi pori, suggerendo l’idea che anche nelle foglie vive possano esserci aperture in grado i
dare lo stesso risultato. L’acqua e il mercurio formano poi un tutt’uno, a meno della
presenza di anche una sola bollicina di gas, come già evidenziato dal potometro biologico.
Infine questo esperimento avvicina la possibilità di illustrare con maggiore concretezza il
meccanismo della coesione-traspirazione, quindi della grande forza traente sviluppata
durante l’evaporazione dal vaso poroso e incisivamente mostrata dalla risalita del pesante
mercurio. Le capacità coesive delle molecole d’acqua sono state evidenziate molto bene
con il seguente esperimento:
Alcuni allievi sono stati invitati a tentare di separare le due piccole lastre di cristallo.
Grande è stata la sorpresa nel momento in cui hanno sperimentato l’incapacità di
allontanare con la forza muscolare le due superfici in direzione ortogonale, senza quindi
farle scivolare l’una sull’altra. La situazione ricorda per analogia quella delle sfere di
Magdeburgo, ma la causa è completamente diversa: in quel caso la pressione
atmosferica, nel nostro le eccezionali proprietà coesive fra le molecole d’acqua e fra
queste e il vetro. Si è collegato queste proprietà alla polarizzazione elettrica delle
molecole e in particolare ai legami idrogeno, ripetendo la classica osservazione
comparativa fra un filo d’acqua e uno di un liquido apolare
nel reagire all’avvicinamento di una bacchetta elettrizzata.
Tornando al potometro, le considerazioni sulle proprietà di coesione e adesione dell’acqua
hanno giustificato l’osservazione dello spostamento della bolla d’aria all’interno di una
colonna di acqua che si muove unitariamente, sia che si trovi nel ramo sia che si trovi nel
tubicino di vetro, a patto che nemmeno una bolla di gas si frapponga fra il ramo tagliato e
l’acqua nel tubo. Altrettanto senso è riuscito a dare alla straordinaria forza coesiva che
tiene insieme acqua e mercurio nel potometro fisico, determinando la conditio sine qua
non dell’effetto di sollevamento alimentato dalla traspirazione..
La foglia
a. l’aria necessaria alle attività di una pianta passa attraverso le sue foglie
A questo punto la lente d’ingrandimento dell’indagine si è spostata sulle foglie.
Una buona osservazione che ha seguito la discussione di quelle precedenti è stata quella
descritta nella scheda seguente:
Scheda
Materiale
Beuta di vetro della capacità di 300cc
Tappo di gomma con due fori per la beuta
Un tubicino di gomma trasparente. di almeno 30cm e di diametro 0.3-0,5cm
Una candela o mastice
Una foglia con gambo lungo (diametro del tubicino e picciolo della foglia devono
essere compatibili con i fori del tappo)
Pompa per bicicletta (non è necessaria)
Procedimento
Riempire la beuta con acqua per circa 3/4.
inserire la foglia e il tubicino nel tappo e
chiudere il contenitore facendo in modo che il
picciolo della foglia peschi nell’ acqua e
l’estremità del tubicino sia in contatto
con lo spazio d"aria. Usare la cera fusa o il
mastice per sigillare i due fori.
Se si dispone di una pompa per bicicletta,dopo
aver invertito il sistema di
compressione/aspjrazione " collegarla al
tubicino di gomma con una valvola"
Aspirare aria dal tubicino con la bocca o con la
pompa.
Osservazioni
Quando si aspira aria dal tubicino si osserva la
fuori uscita di bollicine d’aria dall'estremità del
picciolo immersa nell’acqua
L’ esperienza è stata semplice da eseguire ed efficace nel suscitare interrogativi: le
bollicine di gas escono esclusivamente dal picciolo tagliato e l’aria può essere entrata solo
attraverso la superficie della foglia e del picciolo. La conseguenza è che debbano esistere
delle invisibili porosità. Infatti, a occhio nudo la superficie di una foglia sana e integra e del
suo picciolo appare continua.
Altre domande emerse dalla discussione sono state quelle relative alla disposizione
spaziale di questi pori, la loro forma e struttura, le dimensioni; le vie che può aver percorso
l’aria dai pori ipotetici all’estremità tagliata del picciolo.
In particolare gli studenti erano interessati alla possibilità di vedere queste invisibili
porosità La risposta è venuta dalla microscopia, hanno provato ad osservare superfici
fogliari allo con lo stereoscopio, i risultati di questo primo approccio li hanno convinti che
era necessario ricorrere a mezzi diversi e più potenti e che i pori dovevano essere
non solo molto piccoli, ma anche molto numerosi, per poter giustificare la fuoriuscita di
così abbondanti bollicine di gas osservate nella esperienza. Un interrogativo strettamente
collegato al fenomeno osservato, emerso dalla discussione, riguardava la strada percorsa
dal gas all’interno della foglia fino al picciolo (ci sono spazi e lacune in qualche modo
collegate, oppure canali…?). Dalla discussione, “fra pari” e guidata, sono affiorate ipotesi
di lavoro sperimentale a volte anche imprevedibili. La nostra opinione è che la funzione
maieutica di queste discussioni non dovrebbe essere ostacolata (anche se ci sono
innegabili limiti di tempo), perché soprattutto in questi momenti acquista concretezza un
approccio scientifico ai fenomeni naturali.
Si è quindi discusso con i ragazzi dei loro suggerimenti e delle tecniche da adottare per
rendere visibili i pori; si sono individuati gli obiettivi da darsi , in particolare scoprire se gli
stomi in vari tipi di foglie hanno forma diversa, se esistono sia sulla superficie superiore
che inferiore delle foglie, se è possibile trovare le dimensioni dell’apertura stomatica e la
superficie di scambio per cm2 di foglia, se piante xerofite hanno particolari strutture per
trattenere umidità e rallentare la traspirazione.
. Si è deciso di utilizzare una tecnica del calco con smalto descritta nella scheda seguente:
Osservazione degli stomi mediante la tecnica del calco con smalto
Premessa
L’osservazione degli stomi richiede l’operazione di spellatura dell’epidermide fogliare, cosa non
sempre semplice da realizzare soprattutto per alcuni tipi di foglie.
La tecnica del calco con lo smalto è semplice, veloce e permette quindi in breve tempo di effettuare
osservazioni su diversi campioni fogliari e nello stesso tempo fornisce immagini tridimensionali
degli stomi.
Obbiettivi
• Osservare le diverse forme che assumono gli stomi in vari tipi di foglie
• Osservare il diverso numero di stomi presenti sulla superficie superiore ed inferiore della
foglia
• Determinare le dimensioni dell’apertura stomatica e la superficie di scambio per cm2 di
foglia
• Osservare che le foglie di piante xerofite presentano diversi tipi di peli e strutture a
protezione delle aperture stomatiche per trattenere l’umidità e rallentare la traspirazione
Materiali
Smalto trasparente possibilmente incolore
Foglie appena raccolte o prelevate da rami tenuti in vaso con acqua.
Pinzette
Vetrini e coprioggetto, pipetta
Acqua
Procedimento
Pennellare con lo smalto porzioni di epidermide inferiore e superiore dei vari tipi di foglia.
Attendere che lo smalto si asciughi perfettamente (dopo circa 5 minuti) ed evitare di toccare la
superficie fogliare .
Con la pinzetta o semplicemente con l’unghia staccare la pellicola di smalto asciutto e depositarla
su un vetrino, aggiungere una goccia d’acqua e chiudere con il coprioggetto facendo in modo che
non si formino bolle d’aria.
Osservare al microscopio ai diversi ingrandimenti.
Basandosi sulle dimensioni del campo di osservazione, calcolare il numero di stomi nel campo
visivo sia sulla pagina inferiore che superiore. Ripetere almeno due volte l’osservazione cercando
un nuovo campo microscopico in modo da calcolare la media aritmetica del numero di stomi per
campo (n). Stimare quindi il numero di stomi per cm2 di foglia, sia sulla pagina inferiore che
superiore.
1cm 2
area campo visivo
=
X (numero medio di stomi per cm2 di superficie fogliare)
n ( numero medio di stomi visibili nel campo visivo)
Confrontare il numero medio di stomi della pagina inferiore e superiore.
Calcolare le dimensioni approssimative dell’apertura stomatica e stimare la superficie di scambio
per cm2 di lembo fogliare.
Osservazioni
Le foglie dell’oleandro presentano cripte
stomatiche con peli
Le foglie dell’ulivo hanno peli scudiformi
stellati a protezione degli stomi
Le foglie dell’alloro hanno stomi che
risaltano tra cellule epidermiche dai
contorni irregolari conformate come i pezzi
di un puzzle.
Le foglie dell’iris hanno una particolare
distribuzione e forma degli stomi che con le
cellule dell’epidermide formano strutture
simili a fiocchi.
Questo particolare segmento del percorso ha dato molte soddisfazioni; la tecnica del
calco non va considerata un escamotage, imposto dalla difficoltà di effettuare spellature di
lamine fogliari, rozzo e più vicino a un gioco che a una vera tecnica di laboratorio. La
pratica ha mostrato che i calchi offrono immagini sufficientemente nitide per farsi un’idea
abbastanza precisa delle differenti forme e distribuzioni degli stomi nei diversi tipi di foglie
e di piante. L’immagine tangenziale è soddisfacente ed efficace nel dare una risposta alle
domande da cui si era partiti. Certamente è stata preclusa la visione di ciò che sta sotto la
struttura stomatica. Ma per questo si sono qualche volta tentate le classiche sezioni
trasversali di lamina fogliare o si sono utilizzati gli schemi e le foto realizzate nei laboratori
ricerca.
Da mettere in evidenza che la tecnica ha permesso anche l’osservazione di altre strutture
e altre forme presenti sulla superficie della foglia, soprattutto varie tipologie di peli,
anch’essi legati ai fenomeni di scambio che avvengono attraverso le foglie.
Approfondimenti
Come si legge nella scheda, il tema degli stomi propone una serie di problemi quantitativi
collegati agli aspetti morfologici, perché tutti sono connessi alla funzione generale degli
stomi: il numero medio di stomi per unità di superficie, il rapporto tra la stessa grandezza
nella pagina superiore e inferiore della foglia, una stima della superficie di scambio offerta
mediamente da uno stoma. Si tratta di problemi concettualmente semplici, ma
operativamente difficili da risolvere anche in modo approssimato (l’unico possibile,
ovviamente). Questi compiti sono stati affidati agli allievi più dotati di concentrazione,
capacità descrittive e analitiche, e abilità geometriche e matematiche.
Le numerose osservazioni di calchi e spellature, hanno reso possibile l’osservazione di in
stomi aperti e chiusi.
Le domande che si sono affacciate riguardano il come e il perché (due forme tipiche delle
domande che si pone un biologo o un osservatore non banale). Per quanto riguarda il
come, abbiamo trovato utile la costruzione di un modello meccanico a grande scala di uno
stoma:
Il modello degli stomi
Materiali
Due palloncini lunghi
Due pompette per gonfiare i palloncini ( in genere in dotazione nella confezione)
Una confezione di cerotto in carta da 25 mm
Una confezione di cerotto in carta da 12,5 mm
Procedimento
Inserire le pompette nei palloncini, legare le estremità opposte con un nodo,
gonfiare per meta circa i palloncini cercando di far partire la bolla il più vicino possibile al
nodo fatto, incrociare le estremità dei palloncini per evitare che si sgonfino
Gonfiare i palloncini il più possibile e incrociare le estremità senza togliere le pompette
e rilevare la distanza tra i due palloncini
Sgonfiare lentamente e rilevare la distanza tra i due palloncini
Nota: l’effetto è più evidente se si fissano tra loro le estremità dei palloncini con un
quadratino di nastro bioadesivo.
Osservazioni
Come varia la distanza fra i due palloncini al variare della quantità di aria presente al loro
interno?
Quale evento influenza in natura l’apertura e la chiusura degli stomi?
Approfondimenti
Studio della micellazione radiale delle cellule di guardia
Studio della regolazione dell’apertura stomatica
Applicare una striscia di cerotto da 25 mm sul lato mediale dei due palloncini per tutta la
lunghezza, applicare le strisce di cerotto da 12,5 mm in modo radiale a partire dalla
striscia mediana ( basta applicarne 4 o 5 per ogni palloncino)
Striscia più larga
Per una rappresentazione più realistica i palloncini sono stati alloggiati in una scatola di
polistirolo opportunamente decorata, in modo da suggerire l’immagine di una sezione
solida di foglia. Il coperchio è stato ritagliato, per alloggiare i due palloncini allungati (le
cellule di guardia) e opportunamente rivestiti da un nastro adesivo che simula i naturali
ispessimenti cellulosici (micellazione) presenti sulle membrane delle cellule di guardia.
Sono proprio questi ispessimenti a determinare il giusto movimento di apertura e chiusura
della rima stomatica in conseguenza del rigonfiamento e del rilascio dei palloncini.
Quando le cellule di guardia sono turgide gli stomi si aprono e si chiudono quando queste
perdono turgore.
Per quanto concerne il “perché”, le risposte sono state trovate riflettendo sul significato
fisiologico e adattativo dei movimenti stomatici.
:
Dai quaderni degli alunni