Studio sui semi : la germinazione. ITAS Stanga Cremona Laboratorio Produzioni Vegetali

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1 Studio sui semi : la germinazione

2 COS E UN SEME? Il seme è l organo di propagazione delle Spermatofite, dal greco spèrmatos = seme e phytòn = pianta, al contrario delle Crittogame (come ad esempio i funghi) che si riproducono attraverso spore. Il seme deriva dalla trasformazione di un ovulo femminile dopo la fecondazione con il polline. Si sviluppa sulla pianta madre e se ne distacca, più o meno rapidamente, solo dopo la maturazione. Il seme, una volta secco, ovvero quando ha perso quasi completamente l acqua che contiene, ha la capacità di conservarsi vitale per molto tempo. Vi sono specie che mantengono inalterata la capacità di germinare dopo alcune settimane ed altre che anche dopo 30 anni sono in grado di originare una piantina.

3 COME E FATTO UN SEME? I semi hanno dimensioni, forme e colori molto variabili. Vi sono semi di alcune orchidee che sono così piccoli da essere appena visibili ad occhio nudo e semi enormi come quello della palma Lodoicea seychellearum capaci di pesare anche 20 kg. La forma è variabile: tondeggiante come nei legumi, appuntita come nell avena o nel girasole, squadrata nel mais o grano saraceno, irregolare come nella cipolla. I colori dei semi sono : nero, grigio, marrone, giallo, arancione, rosso, bianco, azzurro, viola. La loro superficie può essere liscia, variamente rugosa, lucida, opaca, paglierina, suberosa.

4 SEMI : forme, dimensioni e colori diversi

5 COME E FATTO UN SEME? In un seme si distinguono tre parti fondamentali : l'embrione, il tessuto nutritivo e i tegumenti. L'embrione riproduce la struttura della futura pianta adulta e nel quale sono riconoscibili un abbozzo del fusticino : la plumula, della radice : la radichetta e una (nelle Monocotiledoni), due (nelle Dicotiledoni) o numerose (nelle Gimnosperme) foglie embrionali o cotiledoni. Il tessuto nutritivo è rappresentato dall'endosperma o albume, «magazzino» delle sostanze di riserva. Maggiormente ricco di glucidi nelle Graminacee come il frumento, il mais o l orzo, ricco di proteine nelle Leguminose, come la soia o il fagiolo, ricco di lipidi come nel girasole o nell arachide. Tali ricchezze sono da sempre sfruttate dall uomo nell alimentazione. I tegumenti, proteggono le parti vitali del seme dall'azione immediata degli agenti esterni e garantiscono ad esso una fase di dormienza prima della germinazione, in modo che questa avvenga nelle condizioni ambientali più favorevoli.

6 Seme di Mais Graminacea - Monocotiledone Endosperma Cotiledone Coleoptile Epicotile Asse dell Embrione Ipocotile Radichetta Coleoriza Pedicello

7 Seme di Fagiolo Leguminosa - Dicotiledone Ipocotile Plumula Epicotile Radichetta Micropilo Ilo Cotiledoni Tegumenti

8 Mais Fagiolo Endosperma Cotiledone Plumula Embrione Cotiledoni

9 COS E LA GERMINAZIONE DEL SEME? La germinazione è il processo nel quale il seme, posto in determinate condizioni, si risveglia dalla fase di quiescenza e attraverso lo sviluppo dell embrione dà origine ad una nuova piantina. La germinazione si manifesta inizialmente con l emissione di una radichetta e termina quando la pianta ha prodotto, con le prime foglioline una superficie fotosintetica efficace, tale da poter in sintonia con l apparato radicale permettere alla piantina di autogovernarsi. Osserva qui accanto l inizio della germinazione di un seme vista con la telecamera. Osserva la radichetta che esce dal tegumento e le foglioline embrionali che iniziano ad allungarsi.

10 QUANDO UN SEME INIZIA A GERMINARE? Un seme inizia la germinazione quando si verificano tutte le condizioni necessarie perché questo avvenga. I fattori che possono favorire o inibire il processo germinativo sono l acqua, la temperatura, l ossigeno, la luce, la dormienza.

11 FABBISOGNO DI ACQUA Se prendiamo un seme secco : una cariosside di mais o di frumento, un fagiolo o altro seme e li depositiamo su una mensola, al buio o alla luce, al caldo o al freddo che sia, dopo una settimana, un mese, un anno,li troveremo ancora lì, esattamente come li abbiamo lasciati, insetti, topi o uccellini a parte, di capisce! Se al contrario metteremo questi semi in condizioni di assorbire dell acqua, nel tempo di alcune ore, dopo una prima fase di imbibizione in cui il seme aumenterà di dimensioni per l acqua assorbita, inizierà la germinazione. Dunque l acqua è il primo fattore limitante dell attività germinativa. Osserva qui a lato i semi di pisello di fagiolo e di mais, secchi (a sx) e imbibiti di acqua (a dx)

12 FABBISOGNO DI TEMPERATURA Se l acqua è il primo fattore limitante della germinazione la temperatura, a cui viene posto il seme a germinare, ne è di poco inferiore per importanza. Le temperature limite di germinazione variano da specie a specie e vanno considerate sia come temperatura minima che come temperatura massima, al di sotto e al di sopra delle quali il seme non germina. Alcuni esempi : il Frumento ha temperature limite di germinazione che vanno da +1 a +30, la Barbabietola da zucchero dai +5 ai +35, il Melone dai +20 ai +41. FABBISOGNO DI OSSIGENO E DI LUCE Insieme all acqua e alla giusta temperatura è ovviamente necessaria la presenza di ossigeno, fondamentale nei processi germinativi. Diversa è la necessità della presenza della luce : vi sono specie che per germinare hanno bisogno della luce, altre del buio, altre sono indifferenti alla situazione.

13 DORMIENZA DEL SEME Non sempre la presenza di acqua e temperatura ottimale sono sinonimo di germinazione garantita. Diversi fattori intrinsechi al seme sono un limite alla sua germinazione. La presenza di tegumenti spessi, duri, impermeabili rende il processo germinativo difficile e fattibile solo se l azione di funghi, batteri o rotture casuali determina l incisione dei tegumenti permettendo al seme di ricevere l ossigeno e di assorbire l acqua. La presenza di alcune particolari sostanze chimiche presenti nei tegumenti o nel seme può inibire o ritardare la germinazione. Il loro effetto può essere eliminato dall azione dilavante dell acqua o dalle basse temperature che agiscono sul seme. Molti semi per germinare devono essere esposti per un dato periodo di giorni a temperature tra i +2 e i +5. Più comune è la necessità di freddo del seme o vernalizzazione necessaria non tanto per far germinare il seme, ma bensì per rendere la pianta produttiva. Ecco il motivo per cui i semi di piante agrarie come il frumento, devono essere seminate prima dell inverno in modo tale da essere soggetti in modo naturale alle basse temperature e poter spigare, quindi produrre, nella bella stagione.

14 GERMINAZIONE : dall imbibizione alla rottura del tegumento Appena si verificano le condizioni necessarie di acqua, temperatura, ossigeno, eventuale presenza di luce/buio, inizia nel giro di poche ore, il processo germinativo. Nelle prime fasi della germinazione, il seme assorbe l acqua, questa fase si chiama imbibizione, essa si manifesta con l aumento delle dimensione del seme e del suo «ammorbidimento». L acqua permette lo sviluppo delle reazioni chimiche interne al seme con attivazione e/o sintesi delle proteine e degli enzimi. L embrione inizia ad utilizzare le sostanze di riserva, la radichetta si gonfia, rompe il tegumento e si accresce verso il basso cercando la riserva idrica esterna. La germinazione inizia sempre con la fuoriuscita della radichetta.

15 GERMINAZIONE : dall emissione della radichetta all emergenza Appena la radichetta è fuoriuscita dal tegumento si direziona verso il basso (geotropismo radicale). Il suo compito sarà quello di determinare l ancoraggio della pianta nel terreno ed iniziare l assorbimento di acqua ed elementi nutritivi. La plantula embrionale comincia a fuoriuscire dai tegumenti e avvia il proprio processo di crescita verso l alto emergendo dal terreno. Essa acquisterà lentamente la capacità di fotosintetizzare. Con la fase dell emergenza termina la fase di germinazione e inizia quella di crescita.

16 GERMINAZIONE : perché i germogli crescono, i meristemi L allungamento dell asse radicale e dell asse del germoglio avvengono grazie ai tessuti meristematici primari presenti nei due apici (apicale e radicale). I tessuti meristematici primari sono formati da cellule che si riproducono generando inizialmente ancora cellule meristematiche (A) che poi genereranno i tessuti adulti. Il loro compito è quello di far crescere la pianta in altezza. Germoglio A Radice

17 GERMINAZIONE : germinazione epigea o ipogea? La germinazione comporta l'allungamento dell'asse embrionale ad opera dell'attività dei meristemi primari apicali. La prima parte del fusto a differenziarsi si forma quindi tra i cotiledoni e la gemma apicale, che si sposta verso l'alto. Questa porzione, compresa tra i cotiledoni e le prime vere foglie è detta asse epicotile o epicotile ed è quella che, ad esempio, si vede uscire dal terreno durante la germinazione del seme di pisello. Nel caso del fagiolo, la fuoriuscita dei cotiledoni dal terreno avviene per allungamento della porzione dell'asse embrionale posta tra i cotiledoni e la radice. Ad essa è dato il nome di asse ipocotile o semplicemente ipocotile. Nel caso dell allungamento dell epicotile, i cotiledoni o se vi è più semplice da comprendere «il seme», restano sotto terra, nel caso dell allungamento dell ipocotile i cotiledoni (il seme) fuoriescono dal terreno. Nel primo caso parliamo di germinazione Ipogea (sotto terra) nel secondo caso di germinazione Epigea (fuori terra)

18 GERMINAZIONE : i cotiledoni I cotiledoni si trovano a metà tra l apice radicale e l apice vegetativo (gemma apicale).nei semi dove si sviluppa maggiormente-l ipocotile, quest ultimo, crescendo, determina una spinta verso l alto dei cotiledoni che escono dal terreno. Questa è la germinazione epigea (es.il Fagiolo). Al contrario nei semi dove è l epicotile che si sviluppa maggiormente, i cotiledoni restano interrati. Questa è la germinazione ipogea (es. il Pisello) apice vegetativo apice radicale epicotile ipocotile

19 GERMINAZIONE : i cotiledoni Normalmente i cotiledoni o foglie embrionali hanno la funzione di riserva nutritiva dell embrione durante la fase di germinazione in quanto ricchi soprattutto di proteine ed amidi (es. Dicotiledoni 2 cotiledoni). Nelle Graminacee (Monocotiledoni 1 cotiledone) e in modo particolare nei Cereali (Frumento, Riso, Orzo, Mais, ecc) le riserve necessarie alla germinazione si trovano esterne all embrione, nell albume, dal quale l uomo da millenni ricava nutrimento utilizzando, direttamente o macinando, i semi. In questo caso, l'unico cotiledone, detto scutello, assorbe le sostanze nutrienti dall'albume e le trasferisce all'embrione. Nella germinazione epigea i cotiledoni fuoriusciti dal terreno per un certo periodo si comportano da foglioline iniziando la fotosintesi. I cotiledoni, terminata la loro funzione «nutritiva» della plantula, degenerano e muoiono. Le foglioline che nascono successivamente a quelle cotiledonari prendono il nome di «prime foglie vere», ma questa è un altra storia perchè la germinazione è terminata..

20 Germinazione epigea Gemma apicale Prime foglie vere Cotiledoni Ipocotile - arco Plumula Cotiledoni Tegumenti Epicotile Ipocotile Radichetta Radici secondarie Radice primaria

21 Germinazione epigea : Girasole (Helianthus annuus)

22 GERMINAZIONE EPIGEA Nella germinazione epigea lo sforzo per fare uscire dal terreno la plantula è generato dall ipocotile piegato ad arco che in questo modo protegge i cotiledoni da eventuali lesioni. Appena fuori dalla linea di terra l ipocotile si raddrizza e porta verso l alto la plumula. Osserva : Cotiledoni Plumula Ipocotile

23 Germinazione ipogea Plumula Epicotile Ipocotile Cotiledoni Radichetta

24 Germinazione ipogea : Mais (Zea mais)

25 Germinazione di specie diverse Monocotiledone Dicotiledone Dicotiledone Plumula Plumula Coleoptile Cotiledoni Epicotile Plumula Mesocotile Ipocotile Ipocotile Cotiledoni Tegumenti Coleoriza Ipogea Epigea Ipogea