La pianta. Sistema delle parti aeree e delle radici

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1 Sistema delle parti aeree e delle radici La pianta Questa struttura è tipica delle angiosperme o Piante afioreche si sono adattate a vivere sulla terraferma. Tuttavia molte piante possiedono una struttura molto più semplice senza distinzione fra sistema delle parti aeree e delle radici.

2 Funzioni della radice La capacità delle Piante terrestri di nutrirsi, si basa inevitabilmente sul terreno da cui assorbono l'acqua, egli elementi minerali, per l'accrescimento. Le radici, àncorano anche la pianta al terreno in modo che essa possa mantenersi eretta e competere con successo per la luce. Come il fusto anche la radice svolge funzioni sia meccaniche di sostegno sia di trasporto di liquidi e sostanze in essi disciolte. La radice assorbe dal terreno acqua, sostanze minerali e ossigeno. La radice ha anche funzioni di riserva.

3 Radici a fittone e fascicolate L'apparato radicale non si presenta uguale in tutte le piante: in alcuni casi penetra nel terreno un robusto asse sviluppato verticalmente da cui emergono esili ramificazioni laterali, in questi casi si parla di radice a fittone (dente di cane). Altre volte invece non vi è una radice più sviluppata delle altre e troviamo invece un fascio di radici, di uguale grossezza che si staccano tutte dalla medesima zona: in questi casi si parla di radici fascicolate (questo tipo di apparato radicale è tipico di molte graminacee).

4 Accrescimento primario Le cellule, del meristema apicale continuano a riprodursi rapidamente permettendo l'allungamento della radice (accrescimento primario, esse producono anche nuove cellule verso l'esterno formando la cuffia (uno strato di cellule di protezione per l'impatto con il terreno). Nella zona di allungamento le cellule crescono raggiungendo la loro dimensione definitiva. Avviene contemporaneamente il differenziamento, cellulare, ovvero le cellule si specializzano (differenziazione) in modo da poter svolgere la loro funzione, si formano così l'epidermide, la corteccia (cilindro corticale), la stele (cilindro centrale) che contiene i vasi per il trasporto della linfa ecc.. Nella zona in cui il differenziamento si completa si formano anche i peli radicali come estroflessioni delle cellule dell'epidermide. L'allungamento della radice prende il nome di accrescimento primario, per distinguerlo da quello in grossezza (accrescimento secondario,

5 Assorbimento dell'acqua I peli radicali assorbenti sono dotati di una sottile parete che è permeabile sia all'acqua che ai soluti. Attraversata la parete l'acqua e le sostanze minerali incontrano le membrane cellulari che sono semipermeabili. I meccanismi che regolano l'ingresso dell'acqua e delle sostanze minerali sono profondamente diversi: l'ingresso dell'acqua è determinato da fenomeni unicamente fisici, essa entra per osmosi perché all'interno dei peli assorbenti la concentrazione salina è superiore a quella del terreno. La capacità osmotica di assorbimento dipende da fattori di natura fenotipica, perché la pressione osmotica varia al variare delle condizioni ambientali; da fattori di natura genetica (esistono piante con capacità di assorbimento nettamente maggiore); dalla conformazione degli strati della corteccia: ogni strato ha un proprio gradiente osmotico che continua ad aumentare andando verso l'interno. Gli elementi minerali entrano nel pelo radicale grazie alla permeabilità, selettiva della membrana e ai meccanismi di trasporto attivo.

6 Sezione di radice Le cellule, della radice, sono differenziate in tessuti, che svolgono funzioni diverse. Lo strato più esterno forma l'epidermide con le sue estroflessioni (peli radicali). Il tessuto sottostante è la corteccia (cilindro corticale) formata da uno strato compatto di cellule che proteggono gli strati più interni. Al centro abbiamo il cilindro centrale con i vasi legnosi: sono i tubicini fatti da cellule cave sovrapposte, con sezione più grossa che trasportano la linfa grezza verso l'alto. I vasi cribrosi sono più piccoli e disposti in fasci essi trasportano la linfa elaborata dalle foglie in tutte le altre parti della pianta. sezione di radice al microscopio

7 Il fusto 1. Corteccia esterna con funzioni di protezione 2. Libro in cui circolano gli zuccheri, e le altre sostanze elaborate dalle foglie 3.Cambio: determina l'ingrossamento del fusto generando, strato dopo strato, tutta la struttura di trasporto e di sostegno del fusto 4.Legno fisiologicamente attivo chiamato alburno, in esso l'acqua e le sostanze minerali salgono verso le foglie (linfa ascendente) 5. Legno non fisiologicamente attivo chiamato duramen,con cellule ricche di resine (tannini e gomme), situato nella parte centrale del fusto.

8 Fusto e sistema di trasporto Le radici, assorbono dal terreno l' acqua e le sostanze minerali disciolte (frecce blu) che risalgono lungo il fusto nei vasi legnosi (linfa ascendente ) fino alle foglie e ai germogli. La traspirazione, provoca la perdita di acqua dalle foglie creando una forza che "tira" verso l'alto la linfa xilematica (ascendente). Le foglie scambiano anche gas attraverso gli stomi, assorbendo anidride carbonica che fornisce il carbonio per la fotosintesi ed eliminando l'ossigeno in eccesso. Gli zuccheri vengono prodotti nelle foglie attraverso la fotosintesi e sono trasportati nel floema (frecce verdi) in tutte le parti della pianta dove non avviene la fotosintesi.

9 Spaccato di fusto Il fusto può essere di consistenza tenera e succulenta (pisello, patata) e in tal caso è detto erbaceo oppure può essere di consistenza dura e legnosa come avviene negli alberi (melo, abete, faggio). Tutti i fusti, sia erbacei che legnosi, all'inizio del loro sviluppo sono verdi. Anche per il fusto, come per la radice, troviamo una epidermide, una corteccia (cilindro corticale) e il cilindro centrale o stele che contiene i vasi conduttori legnosi ( xilema ) e cribrosi (floema ). Le cellule, della corteccia del fusto, a differenza di quelle della radice, contengono cloroplasti. Alcune cellule della corteccia, le fibre e i vasi legnosi più interni presentano pareti delle cellule inspessite e indurite grazie al deposito di lignina. Sono queste le cellule che conferiscono durezza e resistenza al fusto permettendo agli alberi più grandi di sostenere una chioma molto pesante.

10 Traspirazione Un semplice esperimento: avvolgiamo una pianta da appartamento all'interno di un telo impermeabile. Dopo poche ore iniziano a comparire gocce di acqua che si condensano sulla superficie interna del telo. Questo perché la pianta continua ad assorbire acqua dal terreno per mezzo delle radici, e la trasporta in tutti gli organi. La maggior parte dell'acqua assorbita viene eliminata attraverso le foglie sotto forma di vapore. Questo fenomeno prende il nome di traspirazione.

11 La traspirazione: effetto del sole L' acqua assorbita dalle radici risale lungo i vasi xilematici (legnosi) fino alle foglie come indicato dalle frecce. Durante le ore diurne, quando la temperatura è più alta, si ha la massima perdita di acqua per traspirazione. Gli stomi sono piccole aperture presenti in gran numero principalmente sulla pagina inferiore della foglia. Attraverso queste aperture il vapore acqueo esce nell'ambiente esterno. Il fatto che gli stomi si trovino quasi esclusivamente sulla parte della foglia non direttamente esposta al sole non è casuale: questo meccanismo consente di ridurre la perdita di acqua durante le ore calde. Alcune piante delle zone aride hanno sviluppato sistemi del tutto particolari per ridurre al minimo la perdita di acqua attraverso le foglie.

12 L'osmosi Due esperimenti per capire l' osmosi In questi due esperimenti cellule flaccide sono trasferite in soluzioni diverse. Nell'esperimento (A) la cellula è inserita in un ambiente iposmotico o ipotonico (con minore concentrazione di soluti) e inizialmente possiede un potenziale idrico minore dell'ambiente circostante. La cellula quindi introduce acqua dall'ambiente esterno per equilibrare il potenziale idrico e diviene più turgida. Nell'esperimento (B) la cellula, introdotta in un ambiente iperosmotico o ipertonico (con maggiore concentrazione di soluti) inizialmente possiede potenziale idrico maggiore ed elimina acqua disidratandosi. Il turgore della cellula vegetale dipende quindi dalla concentrazione di ioni minerali nella cellula stessa e nell'ambiente esterno.

13 Scambi gassosi Attraverso gli stomi, avvengono tutti gli scambi gassosi: l'acqua proveniente dallo xilema esce sotto forma di vapore ( traspirazione, ), per effetto della fotosintesi, entra anidride carbonica e viene eliminato ossigeno. 1.cuticola; 2.epidermide; 3.mesofillo; 4.epidermide inferiore; 5.cuticola; 6.xilema; 7.spazi del tessuto lacunoso; 8.tessuto a palizzata.

14 Dove avviene la fotosintesi La fotosintesi, avviene in tutte le parti verdi della pianta. L'attività fotosintetica però è particolarmente intensa nel tessuto a palizzata delle foglie, formato da cellule ricchissime di cloroplasti. Il tessuto a palizzata infatti si trova in posizione strategica per poter sfruttare al massimo l'energia luminosa della luce che colpisce la foglia, sulla pagina superiore. La fotosintesi èunprocessoincui le piante utilizzano l'energia luminosa del sole per sintetizzare (costruire) molecole, organiche complesse partendo da molecole piccole e semplici. Negli organismi eucarioti questo processo avviene all'interno dei cloroplasti.

15 Luce e pigmenti luce del sole La clorofilla a dei tilacoidi utilizza la luce di determinate lunghezze d'onda: la luce blu e quella rossa vengono assorbite, la luce verde invece viene riflessa. Proprio per questo motivo le parti della pianta che svolgono la fotosintesi ci appaiono di colore verde. luce rossa assorbitadalla clorofilla luce verde riflessa (non utilizzata) luce blu assorbita dalla clorofilla Il tilacoide che si trova nel cloroplasto della cellula vegetale contiene a sua volta clorofilla a capace di assorbire parte dell' energia solare da utilizzare per la fotosintesi

16 Luce e fotosintesi La luce e le altre forme di energia, elettromagnetica si muovono attraverso lo spazio come onde di diversa lunghezza. Noi siamo in grado di percepire le diverse lunghezze d'onda attraverso i colori: violetto e blu hanno le lunghezze d'onda più piccole, il rosso le maggiori. La luce bianca è composta da tutte le lunghezze d'onda. Una parte della luce visibile viene assorbita dalla clorofilla a e da altri pigmenti attivi nella fotosintesi.

17 Il processo semplificato La fotosintesi clorofilliana Questa reazione, chimica riassuntiva indica solo i componenti di partenza più importanti necessari per la fotosintesi, ed alcuni dei composti finali. Non sono evidenziati invece i numerosi processi chimici piuttosto complessi che rendono possibile questa trasformazione e le altre sostanze coinvolte. energia luminosa 3CO2 + 3H2O C3H6O3 + 3O2 anidride carbonica ricavata dall'aria acqua assorbita dalle radici zucchero a tre atomi di carbonio ossigeno gassoso

18 Relazione fra fotosintesi e respirazione Quando un erbivoro si nutre di una pianta (che è un produttore) trasferisce l'energia chimica del glucosio in una catena alimentare. Nelle cellule il glucosio viene demolito, generalmente per via ossidativa attraverso la respirazione cellulare, liberando la propria energia chimica che è utilizzata per ricaricare l'atp, disponibile per le diverse attività cellulari. L'energia del Sole passa in questo modo a tutti gli organismi viventi, autotrofi o eterotrofi. L'acqua e il biossido di carbonio, prodotti finali della respirazione cellulare possono essere nuovamente utilizzati dagli autotrofi per produrre glucosio attraverso la fotosintesi. Fotosintesi Respirazione cellulare reagenti acqua e anidride carbonica glucosio e ossigeno prodotti glucosio e ossigeno acqua e anidride carbonica equazione generale 6H2O+6CO2--> C6H12O6+6O2 6H2O+6CO2-->C6H12O6+6O2 metabolismo energetico endoergonica esoergonica

19 La foglia foglia picciolata La foglia è un organo di solito a forma laminare che nasce sul fusto o sulle sue ramificazioni. Una foglia che possiamo definire "completa" è composta da tre parti principali: una inferiore detta guaina, una mediana chiamata picciolo e una superiore detta lamina. Spesso una o due di queste parti non sono ben sviluppate o mancano del tutto. I casi più frequenti sono questi: foglia formata solo di lamina e picciolo (foglia picciolata), di lamina e guaina come avviene per le Graminaceae, della sola lamina (foglia sessile).

20 Foglie semplici e composte Quando le foglie hanno margine intero, poco intaccato o inciso anche profondamente, ma non fino ad arrivare alla nervatura mediana, si parla di foglie semplici (Betula pendula, Ostrya carpinifolia, Castanea sativa, Alnus glutinosa). Se al contrario le parti in cui è divisa la lamina diventano completamente indipendenti l'una dall'altra, tanto che ciascuna può anche essere provvista di un proprio piccioletto si parla di foglia composta (Robinia pseudoacacia Laburnum anagyroides). foglia semplice foglia composta

21 Forma della lamina rotonda ellittica ovale obovata lanceolata squamiforme aghiforme flabellata A seconda della forma della lamina si distinguono foglie filiformi (lunghe e sottili), aghiformi, lesiniformi (fatte a lesina, simile a un sottile punteruolo), lineari (a lamina allungata e stretta), lanceolate, oblunghe (circa due volte più lunghe che larghe), ovali, ovate, spatolate, ellittiche, rotonde... Nelle immagini sono riportate solo alcune delle numerose forme presenti in natura.

22 Foglie composte paripennata imparipennata biternata bipennata trifogliata tripennata Le foglie composte sono pennate quando le foglioline sono disposte a destra e a sinistra del rachide come in una penna e palmate se le foglioline sono disposte a ventaglio. Le pennate sono imparipennate se hanno una fogliolina terminale, altrimenti paripennate. La foglia pennata può essere due volte (bipennata) o tre volte pennata (tripennata). Una foglia composta da sole tre foglioline si dice trifogliata (Trifoglio, Fragola).