I SEGRETI DEGLI ALBERI. Harmonia plantarum

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1 Dott.ssa Monica Francesca Veronese biologa I SEGRETI DEGLI ALBERI Harmonia plantarum Mirano

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24 Pitture vascolari Anfore Attiche

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29 Ovidio

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38 Hans Kayser Harmonia Plantarum (1943)

39 Modello della classificazione a cinque regni Monera Protista Plantae Fungi Animalia Primi organismi Procarioti Eucarioti

40 Modello a doppia elica del DNA Coppie di basi appaiate C T T G G C A A T A A A A A G C T G G A T T T T C C O OH O P O H 2 C O O O O P O H 2 C O O O P O H 2 C O O P O O H 2 C OH O O O Legame idrogeno T C G A A G C T O O O OH CH 2 O O P O O CH 2 O O P O CH 2 O P O O O O O CH 2 O P HO O Modello a nastro Struttura chimica Modello computerizzato O

41 Il DNA ha quattro tipi di basi azotate: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G) C C C C C C O N C H H O N H H 3 C H H H H N N N H O C H H N H C N N N N C C C C H H N N H C C N C H N C N H C O H H Timina (T) Citosina (C) Adenina (A) Guanina (G) Purine Pirimidine

42 Prima base azotata Terza base azotata Il codice genetico è «la stele di Rosetta» della vita Seconda base azotata tutti gli organismi (dai batteri alle piante agli animali) condividono lo stesso codice genetico. U C A G UUU UUC UUA UUG CUU CUC CUA CUG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG U C A G Phe Leu Leu Ile Met o inizio Val UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACC GCU GCC GCA GCG Ser Pro Thr Ala UAU UAC UAA Stop UAG Stop CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG Tyr His Gln Asn Lys Asp Glu UGU UGC UGA Stop UGG Trp CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG Cys Arg Ser Arg Gly U C A G U C A G U C A G U C A G

43 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.

44 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.

45 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 Radici (àncorano la pianta; assorbono acqua e sali minerali dal suolo grazie anche ai funghi micorrizali) 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 L intera alga svolge la fotosintesi e assorbe acqua, ossigeno e sali minerali dall acqua circostante Aptere (àncora l alga al substrato) Alga

46 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.

47 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.

48 Epatiche Antocerote Licopodiofite (licopodi e simili) Muschi Pterofite (felci e simili) Gimnosperme Angiosperme La diversificazione delle piante testimonia la loro complessa storia evolutiva 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. Briofite (piante non vascolari) Piante terrestri Piante vascolari senza semi Piante Piante con semi 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)

49 Le briofite sono semplici piante prive di tessuti vascolari e comprendono muschi ed epatiche.

50 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.

51 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.

52 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.

53 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.

54 Le gimnosperme (come i pini) sono piante a seme nudo (non contenuto in un frutto).

55 Le angiosperme (piante con fiori) sviluppano i semi all interno di un ovario in un frutto.

56 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

57 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

58 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.

59 La maggior parte delle angiosperme dipende dagli insetti, dagli uccelli o dai mammiferi per l impollinazione e per la disseminazione

60 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.

61 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 riprodursi per via asessuata. Pianta di fragola Pianta di patata Stolone Pianta di zenzero Fittone Rizoma Rizoma Tubero Radice

62 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

63 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.

64 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.

65 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.

66 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.

67 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.

68 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

69 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.

70 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.

71 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

72 Le gibberelline stimolano l allungamento dei fusti e delle foglie

73 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.

74 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.

75 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.

76 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.

77 Un aumento della produzione di etilene in un frutto ne innesca la maturazione 3 1 2

78 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 Ramo Stato protettivo Ramo Stato di abscissione Picciolo della foglia

79 La risposta al contatto Il tigmotropismo è la risposta al contatto ed è responsabile dell avvolgimento dei viticci e dei rampicanti intorno a oggetti.

80 Mimosa pudica

81 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

82 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

83 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.

84 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)

85 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

86 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.

87 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.

88 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 O 2 di diffondersi nelle radici delle piante.

89 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.

90 ALBERI COSMICI

91 Quercia - Farnia Quercus robur

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94 Frassino maggiore Fraxinus excelsior

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97 Faggio Fagus sylvatica

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