Corso di Biologia e Sistematica Vegetale. Prof. C. Guarino

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1 Corso di Biologia e Sistematica Vegetale Prof. C. Guarino

2 Libri di testo Consigliati BIOLOGIA DELLE PIANTE Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S.E.-Zanichelli BIOCHIMICA E BIOLOGIA MOLECOLARE DELLE PIANTE Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L., Zanichelli APPUNTI DEL CORSO

3 Programma 1. STRUTTURA DELLA CELLULA Struttura e funzioni della cellula vegetale Membrane cellulari La parete cellulare Vacuolo Mitocondri Plastidi Ribosomi Nucleo Reticoli endoplasmatici Citoscheletro Microscorpi CRESCITA, DIVISIONE E DIFFERENZIAZIONE DELLA CELLULA: Ciclo cellulare 2. Energia e Metabolismo Fotosintesi Respirazione cellulare Sintesi proteica

4 ISTOLOGIA E ORGANOGRAFIA Aggregati cellulari Tessuti meristematici & Tessuti definitivi Apparato vegetativo Apparato riproduttivo Sistema Radicale Sistema del Germoglio Fiore Seme Frutto Fusto Foglia

5 LA SCIENZA DELLA SISTEMATICA DELLE PIANTE Cosa intendiamo per sistematica? Importanza della sistematica I sistemi di classificazione: basi storiche Dati tassonomici:caratteri strutturali e biochimici Metodi e principi della biosistematica Sistematica molecolare Evoluzione e diversificazione delle piante Il criterio filogenetico Panorama della filogenesi delle piante verdi Cenni sulle Pteridofite Evoluzione delle piante a seme Le Gymnosperme Rapporti filogenetici nelle Angiosperme Il docente proporrà i maggiori cladi di interesse sistematico per la flora italiana

6 La cellula vegetale

7 La vita ha origine quando ha origine una cellula Le cellule sono l unità funzionale e strutturale di tutti gli organismi, indipendentemente dalla loro appartenenza ad un regno specifico Fin dai tempi dell antica Greci, Aristotele aveva suddiviso gli organismi in due regni: regno Animale e Vegetale Teoria supportata anche da C. Linneo (1735, Naturalista) e poi ampliata tenendo conto anche le CATEGORIE: regno, classe, ordine, famiglia, genere, specie

8 I 5 Regni La semplice divisione in due soli regni con maggiori studi non era sufficiente, in quanto: al regno Vegetale appartenevano si gli organismi autotrofi sia eterotrofi (come i funghi) sia cellule eucariote sia procariote, con caratteristiche strutturali e funzionali completamente differenti. MONERE Teoria dei 5 regni PROTISTI ANIMALI FUNGHI PIANTE

9 I 5 Regni

10 Il modello ad albero di Whittaker evidenzia la comune origine e l evoluzione di ogni regno in tutte le forme viventi Organismi eucarioti pluricellulari (differenti per il loro modo di nutrirsi) Organismi eucarioti per lo più unicellulari Organismi unicellulari procarioti

11 Cellule eucariote e procariote 1 Differiscono soprattutto per la loro organizzazione interna Cellule eucariote Cellule che costituiscono il corpo delle piante, degli animali e dell uomo Cellule procariote Cellule che costituiscono principalmente i batteri Il materiale genetico si trova aggregato all interno di un nucleo circondato di membrana Il materiale genetico è libero nel citoplasma Il processo trascrizionale del DNA in mrna avviene nel nucleo, poi trasportato nel citoplasma dove avviene la sintesi proteica Il DNA è concentrato ina precisa regione del citoplasma

12 Cellule eucariote Cellule procariote 2 Dimensioni: um Dimensioni: 1-5 um Cellule caratterizzate da un nucleo, in cui è racchiuso il materiale genetico e organuli membranosi deputati a specifiche funzioni (in numero differente) Zone funzionali e non Alcune cellule posseggono molteplici nuclei e sono dotate di mobilità e strutture specifiche per tipologia di organismo Sono cellule prive di organuli, tranne i ribosomi er la sintesi proteica Le funzioni cellulati sono effettuate da complessi enzimatici analoghi a quelli delle cellule eucariote

13 Cellule eucariote vs procariote

14 Grandezze a confronto Per poter osservare le più piccoli componenti dobbiamo utilizzare necessariamente i MICROSCOPI

15 Grandezze a confronto MICROSCOPI

16 Cellula Animale

17 Cellula Vegetale Sede fotosintesi clorofiliana della mettono in comunicazione cellule vicine attraverso le pareti cellulari non continue Parete Cellulare conferisce maggiore resistenza Fanno parte del sistema endomembranoso

18 Cellula Vegetale

19 Come poter osservare piccole unità di misure Strutture cellulari principali

20 Microscopia Microscopia ottica Microscopia elettronica SEM (Scanning Electron Microscopy) TEM (Transmission Electron Microscopy) Microscopia di sonda AFM (Atomic Force Microscopy) STM (Scanning Tunneling Microscopy) MFM (Magnetic Force Microscopy)

21 M. Ottico vs M. Elettronici Il m. ottico ha un potere di risoluzione di 0,2um ingrandimento rispetto all occhio umano di circa 500 volte (stabilito dal tipo di lunghezza d onda della luce) ed un ingrandimento di 1500 volte Minore è la lunghezza d onda maggiore è la risoluzione La più corta lunghezza d onda della luce dello spettro visibile è di circa 0,4um limite di risoluzione della microscopia ottica Caratteristiche strumentali Potere di Risoluzione: consiste nella capacità di distinguere due punti dello stesso oggetto Ingrandimento: capacità di aumentare le dimensioni di un oggetto osservato

22 Microscopio Ottico Caratteristiche strumentali Il m. ottico utilizza la luce visibile per illuminare gli oggetti e lenti rifrattive (dette lenti sottili) per elaborare l immagine e renderla visibile all occhio in forma ingrandita La luce utilizzata viene anche conosciuta come luce trasmessa in quanto la formazione dell immagine è basata sul diverso assorbimento che le radiazioni subiscono a seconda dello spessore e di eventuali colorazioni

23 Microscopio a contrasto di fase Permette di osservare cellule e tessuti a fresco ovvero senza colorazione, fornendo un immagine dinamica, ottimale per lo studio di colture cellulari Limiti: non sono visibili i dettagli Si basa siulla diversa diffrazione di un onda luminosa che investe un oggetto trasparente alla luce ma che presenta zone più chiare e zone più scure, fornendo un immagine ingrandita nei toni del grigio Ingrandimento simile al M.Ottico

24 Microscopio a fluorescenza Può rilevare e localizzare molecole autofluorescenti o rese fluorescenti mediante l impiego di fluorocromi La sorgente luminosa è costituita da una lampada a vapori di mercurio o ad arco voltaico in quanto entrambe emettono luce ricca di radiazioni ultraviolette

25 M. Elettronico a trasmissione TEM Utilizza come sorgente un fascio di elettroni emessi da un filamento di tugsteno portato all incandescenza, accelerati grazie ad una notevole differenza di potenziale all interno di una colonna metallica Preparazione del campione: deve essere fissato, disidratato e ridotto in sezioni estremamente sottili L immagine viene impressionata su una lastra fotografica

26 M. Elettronico a trasmissione TEM Potere risoluzione di circa nm di è

27 M. Elettronico a scansione SEM Il campione viene colpito con un fascio di elettroni e la superfice del campione è in grado di emettere elettroni secondari che colpiscono uno scintillatore che produrrà fotoni. I fotoelettroni eccitati vengono raccolti da due tubi catodici Si ottengono immagini tridimensionali del campione Ingrandimento sensibilmente inferiore al TEM

28 M. Elettronico a scansione SEM

29 Microscopio confocale Ha le caratteristiche sia dell ottico sia dell elettronico e i campioni vengono analizzati utilizzando LUCE LASER Consente analisi tridimensionale del campione Immagini fluorescenti ed acquisite da una videocamera e trasmesse ad un computer che le elabora e le costruisce come immagini tridimensionali