IL SEME ED IL FRUTTO

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1 IL SEME ED IL FRUTTO

2 Semi e frutti sono senza dubbio una importante fonte di cibo per gli esseri umani e gli altri animali. Da un punto di vista biologico, i semi sono ovuli maturi che contengono le nuove piante allo stadio embrionale; l enorme produzione di semi assicura il rinnovamento delle popolazioni vegetali. Ciascun seme è prodotto e confezionato in modo tale da assicurare la sua dispersione fino ad un sito dove potrà germinare con successo e crescere. Il frutto è la struttura che contiene i semi delle angiosperme.

3 Il seme è un ovulo maturo Il seme è il punto di arrivo del processo riproduttivo iniziato con il fiore. Con la (doppia) fecondazione lo zigote diventa embrione, i nuclei dell endosperma primario danno origine all endosperma e i rivestimenti dell ovulo diventano i tegumenti del seme.

4 SVILUPPO EMBRIONALE L'embrione deriva da divisioni mitotiche dello zigote: in genere la prima divisione é trasversale e porta alla formazione di due cellule diverse tra di loro: quella più grande, rivolta verso il micropilo, darà origine al sospensore che ha la funzione di assorbire sostanze di riserva dall'endosperma e trasferirle all'embrione, mentre quella più piccola, rivolta verso l'interno, darà origine all'embrione.

5 Le strutture del seme possono variare Le piante hanno sviluppato molte soluzioni per propagarsi con successo. Ad esempio nella maggior parte delle dicotiledoni, (come il fagiolo), i nutrienti sono immagazzinati nei due cotiledoni. I cotiledoni possono anche servire come organi di assorbimento e, più tardi, come organi fotosintetici. Nelle monocotiledoni invece, le sostanze nutritive sono generalmente immagazzinate nell endosperma. Nelle Poacee, come il mais, il singolo cotiledone si presenta come un organo specializzato che assorbe le sostanze nutritive dall endosperma.

6 La prima fase della germinazione è l imbibizione (o assorbimento di acqua). Questa fase è molto importante perché il seme, completamente disidratato, si trova impacchettato con proteine, amido e lipidi di riserva. Dopo l imbibizione, vengono attivati e liberati gli enzimi che digeriscono le sostanze alimentari immagazzinate e le riducono a piccole molecole che possono essere convertite nell energia necessaria alla crescita. Il processo di crescita della pianta

7 Di conseguenza, le cellule di un embrione idratato contengono pochi organelli di accumulo e più mitocondri, ribosomi e reticolo endoplasmatico, ossia gli organelli coinvolti nel metabolismo. Il primo indizio che la germinazione si è avviata generalmente è l ingrossamento della radichetta. Essa assorbe acqua rapidamente e, facendo scoppiare il tegumento del seme e altri rivestimenti eventualmente presenti, inizia a crescere verso il basso, nel suolo. Il processo di crescita della pianta

8 Durante la germinazione, i cotiledoni possono elevarsi al di sopra del terreno (germinazione epigea), a volte diventano organi attivi nella fotosintesi, oppure possono rimanere al di sotto del suolo (germinazione ipogea). I semi maturi possono essere dormiente e, a seconda della specie e dell ambiente in cui si trovano, possono rimanere vitali e dormienti per un intervallo di tempo che varia da qualche mese a qualche anno. Il processo di crescita della pianta La dormienza è generalmente interrotta dalla disponibilità di umidità, di ossigeno e di una temperatura idonea. In qualche circostanza possono essere necessari altri stimoli quali la luce, la rimozione di inibitori chimici o la distruzione del tegumento del seme.

9 In posizione centrale, nella pianta, c'è il fusto. Grazie ad esso acqua e sali minerali assorbiti dalle radici vengono distribuiti a tutta la pianta; le sostanze elaborate dalle foglie (la linfa) mediante la fotosintesi, vengono convogliate alle radici. Attraverso questa doppia circolazione di liquidi nei due sensi, possiamo dire che i due sistemi, quello aereo e quello radicale, s'incontrano proprio nel fusto. Il processo di crescita della pianta 1.Seme\ 2.Gemmula\3.Cotiledoni\4.Fusto\5.Foglia\6.Fiore\ 7.Frutto

10 Disseminazione La disseminazione al pari dell impollinazione, è un passo importante nella riproduzione, in cui l ambiente gioca un ruolo essenziale nel condizionare l efficienza di questi due processi. Da questi dipende la diffusione e la possibilità che una specie ha di diffondersi in aree sempre più vaste. Ogni seme ha la potenzialità di generare un individuo adulto purché si trovi in un ambiente favorevole.

11 Disseminazione Il Seme La dimensione dei semi e dei frutti è un indice del materiale e dell investimento energetico della pianta madre che compie nella fase riproduttiva. Grandi semi richiedono un investimento maggiore di energia con un periodo maggiore anche per la maturazione e per questo più soggetti all attività dei predatori, consumatori e parassiti. Semi di grandi dimensioni hanno maggiore possibilità di sopravvivere in habitat estremi come quelli aridi o umidi a patto che possiedano maggiori riserve.

12 Disseminazione Composizione dei semi Il seme è una struttura formata da un involucro di origine materna, il tegumento, che racchiude l embrione, derivato dalla fecondazione con l endosperma. Il tegumento ha due funzioni: quella protettiva nei confronti dell embrione e quella regolativa della germinazione del seme. I tegumenti inoltre agiscono: Durante la dispersione, controllando l orientamento del seme. Quando il seme atterra mettendolo in posizione per la germinazione. Durante le prime fasi della germinazione, regolando l assorbimento e le riserve di acqua.

13 Disseminazione Composizione dei semi La composizione dei semi varia enormemente da specie a specie, tuttavia si ha sempre un immagazzinamento di riserve nell embrione o nell endosperma. La quantità di energia immagazzinata nei semi dipende dal tipo di riserve, ovviamente i lipidi, a parità di peso, contengono una maggiore energia rispetto ai polisaccaridi. Queste riserve, a contenuto altamente energetico, sono costituite da : carboidrati (amidi e zuccheri), lipidi oppure proteine.

14 Disseminazione Predazione I semi sono consumati, sia maturi che in fase di sviluppo, da molti tipi di animali, specialmente insetti, uccelli e mammiferi. I predatori sono capaci di distruggere interi raccolti ed esiste un certo rapporto tra predatore e dimensioni del seme. Infatti sia l aumento che la diminuzione delle dimensioni dei semi, rispetto alla media della specie, sono un metodo per sfuggire alla predazione. Semi troppo grandi possono essere difficili da ingerire (per gli uccelli) o da trasportare (per gli insetti). Semi troppo piccoli sono scartati da molti animali perché poco renumerativi. Questa selezione dei semi non vale per tutte le specie di animali.

15 Tipi di disseminazione Le gimnosperme e angiosperme disperdono i semi con vari meccanismi. L abilità e la distanza con cui si ha la dispersione dei semi dalla pianta madre aumentano la possibilità che almeno qualche seme trovi un ambiente favorevole per la successiva germinazione. L elemento che viene disperso può essere il frutto stesso nel caso di frutti indeiscenti o il seme nel caso il frutto sia deiscente.

16 Disseminazione non specializzata Non tutte le piante hanno meccanismi speciali per la dispersione dei semi e in questo caso vengono allontanati solo se c è vento e se hanno un basso peso. Le querce hanno questo tipo di disseminazione, i semi cadono per gravità e non si allontanano di molto dalla pianta madre. Se la pianta madre invece di crescere in pianura cresce in pendio i semi si allontaneranno perché rotolano e ci sarà un distribuzione preferenziale. I semi ammassati sotto la pianta madre sono utilizzati dai predatori e sono anche più soggetti all attacco di funghi, per questo motivo quelli dispersi hanno più possibilità di sopravvivere.

17 Disseminazione idrofila Indipendentemente dalle piante acquatiche, in cui questo mezzo di disseminazione è abituale, l idrofilia è un mezzo di dispersione per quelle specie che non hanno particolari meccanismi che ne facilitano la dispersione. Piogge violente hanno la capacità di distaccare i frutti maturi e di disperdere i semi. La distanza può essere di pochi metri, in caso di pioggia, qualche chilometro se si tratta di alluvioni o di molti chilometri se trasportati dalla corrente di fiumi, laghi o mari.

18 Disseminazione all esterno di animali - epizoocoria Questo tipo di dispersione si realizza con due tipi di adattamenti quali la formazione di spine, setole o uncini nel seme o nel frutto. Questi favoriscono l attacco al pelame di alcuni animali, in questo modo si possono trasportare anche semi di dimensioni superiori al centimetro. In altri casi sono presenti delle sostanze adesive che facilitano l attacco al corpo o al becco di alcuni uccelli, come nel caso del vischio e della pania.

19 Disseminazione mediante animali raccoglitori Gli animali sono importanti agenti dispergenti perché sono consumatori e raccogliendo i semi per la loro dieta favoriscono l allontanamento dalla pianta madre. Gli uccelli, come anche alcuni piccoli mammiferi e insetti come le formiche, raccolgono, semi e frutta, tuttavia essendo predatori i semi dispersi sono quelli sfuggiti durante il trasporto o vengono dimenticati, come nel caso degli scoiattoli. I semi vengono raccolti dagli animali per il loro contenuto di nutrienti o per la presenza al loro esterno di appendici: caruncole o elaiosomi, a contenuto oleoso o amilifero in cui sono localizzate sostanze gradite agli animali (generalmente insetti).

20 Disseminazione dopo ingestione - endozoocoria I semi dispersi in questa maniera sono tutti quelli che vengono mangiati perché circondati da una polpa edule che rappresenta la ricompensa alla dispersione. I frutti consumati dagli animali sono attraenti perché oltre ad avere un elevato valore nutritivo sono colorati emanano aromi e profumano. Nella maggior parte dei casi i semi rimangono per un breve periodo nella parte superiore dell apparato digerente poiché vengono rigurgitati dopo che è stata estratta la polpa Solo in pochi casi il seme attraversa tutto l apparato digerente, ciò favorisce la germinazione a causa dell azione di particolari enzimi o che digeriscono il tegumento posto a protezione o rimuovono i meccanismi che inibiscono la germinazione (alcuni uccelli notturni come civette e barbagianni).

21 Disseminazione dopo ingestione - endozoocoria I semi durante l ingestione possono essere masticati o completamente digeriti, per evitare ciò ci sono dei meccanismi di protezione sia chimici che fisici. Si ha la presenza di grossi strati di scleridi nel tegumento e di composti cartacei. Questi composti provocano contrazioni nell apparato digerente e si può avere l espulsione o con il vomito o con le feci. Le distanze percorse dal seme sono le più elevate rispetto agli altri meccanismi di dispersione, basti pensare agli uccelli.

22 IL FRUTTO E l ovario maturo di un fiore. Si tratta di una struttura importante nel ciclo biologico sessuato delle angiosperme. I frutti proteggono i semi, collaborano alla loro dispersione. Dato che la loro struttura è molto stabile, anche quando si sviluppano in ambienti differenti, i frutti offrono caratteri importanti nella classificazione delle angiosperme. Nella sua accezione comune, il termine frutto si riferisce normalmente a quelle strutture succose e commestibili come la mela, la prugna, la pesca o l uva. Ma dal punto di vista BOTANICO sono frutti anche ciò che viene comunemente detto verdura, come i bacelli dei fagioli, la melanzana, la zucca, così come pure il mais, l avena e gli altri cereali.

23 Dopo la fecondazione e iniziata la trasformazione degli ovuli in semi l ovario si modifica profondamente e diventa un frutto. Classificazione dei frutti: 1) classica il frutto deriva dalla trasformazione dell ovario che assume caratteristiche particolari e viene indicato con il nome di pericarpo 2) secondo Winkler il frutto non corrisponde necessariamente ad un ovario che si è trasformato dopo la fecondazione, ma all intero gineceo.

24 IL FRUTTO Il frutto viene normalmente prodotto solo dopo la fecondazione dell'ovulo. La maturazione dell'ovario provoca l'avvizzimento degli stimmi e delle antere e l'accrescimento dell'ovario. La parete del frutto(che si sviluppa dalla parete dell ovario) è detta pericarpo, i suoi tre strati, più o meno distinti, sono (partendo dal più esterno), ESOCARPO, MESOCARPO, ENDOCARPO.

25 IL FRUTTO Ci sono tre principali categorie di frutti: il frutto SEMPLICE, il frutto AGGREGATO e l INFRUTTESCENZA (o frutto multiplo). I frutti semplici derivano da un singolo ovario. I frutti aggregati derivano da molti ovari separati ma appartenenti ad un singolo fiore, frutti afferenti ad un singolo fiore (come la fragola). I frutti multipli, come l ananas, sono costituiti dagli ovari ingrossati di fiori diversi, ma più o meno concresciuti a formare un unica massa.

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27 I frutti semplici Possono essere secchi o carnosi,a seconda che il pericarpo (parete del frutto) sia secco o carnoso. L ovario può essere composto da uno o più carpelli, e il frutto secco può essere deiscente o indeiscente. Frutti secchi DEISCENTI A maturità liberano il seme aprendosi spontaneamente, con differenti modalità,per liberare i semi. Esempi sono: il legume (o bacello), il follicolo (magnolia), le capsule (papavero), la siliqua (frutto caratteristico della famiglia del cavolo e della senape). Frutti secchi INDEISCENTI A maturità non liberano il seme ed i semi vengono diffusi ancora protetti dal pericarpo. Esempi sono: l achenio (girasole), la cariosside o chicco (riso e frumento), la samara (olmo e acero), il diachenio (fam. delle carote). Il termine noce viene usato per un certo numero di semi e di frutti provvisti di un guscio duro.

28 INDEISCENTI DEISCENTI

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30 MECCANISMI DI MOVIMENTO I frutti DEISCENTI vengono aperti molte volte da movimenti Igroscopici. Coronilla emerus L. La famiglia delle Fabaceae Le fibrille di cellulosa delle pareti, per imbibizione o per disseccamento, possono modificare abbastanza facilmente le reciproche distanze, ma non la propria lunghezza. Le pareti cellulari possono variare la propria distensione solo perpendicolarmente alla propria lunghezza. Se la parete di un frutto è costituita da strati di cellule con diverso andamento, per imbibizione o al contrario per disseccamento si realizzano tensioni che possono provocarne l improvvisa lacerazione e l espulsione dei semi.

31 Il genere Impatiens, ad esempio dispone di meccanismi di lancio, messi in atto da fenomeni di turgore. Le cellule del mesocarpo formano un tessuto che diventa turgido. Esse hanno un potenziale idrico molto negativo (-20bar). L assorbimento osmotico d acqua, condizionato da questo provoca un aumento di volume. Le cellule fibrose dell endocarpo formano un tessuto di resistenza che contrasta l aumento di volume. Con il procedere della maturazione si forma un tessuto di separazione. Successivamente i carpelli si lacerano nel punto di inserzione del peduncolo, ruotano verso l alto come una molla e lanciano i semi alla distanza di alcuni metri. Impatiens wallerana

32 MECCANISMI DI MOVIMENTO Il cocomero asinino (Ecballium elaterium), invece, possiede un meccanismo esplosivo. Ecballium elaterium In questo caso il tessuto di turgore corrisponde all endocarpo. Alla maturità del frutto l esocarpo forma un tessuto di resistenza teso ed elastico. Il tessuto di separazione si forma nel peduncolo fruttifero che, a causa della pressione interna che aumenta nel frutto, viene scagliato via come un tappo di spumante. La parete del frutto si contrae ed accelera l espulsione violenta del contenuto del frutto con i semi. Il frutto vuoto balza via nella direzione opposta a causa del contraccolpo.

33 Frutto CARNOSO I frutti semplici I frutti appartenenti a questa categoria sono alimenti molto diffusi e sono caratterizzati dall avere la parete del frutto carnosa. Proprio quest ultima attrae gli animali che poi mangiano il frutto e, così facendo trasportano i semi lontano. I semi contenuti in questo tipo di frutto hanno un tegumento che non si deteriora né al passaggio del seme attraverso l animale né al momento della deposizione con le sue feci. Esempi sono la DRUPA (ciliegia, pesca, albicocca, ulivo), IL POMO (mela), LA BACCA (pomodori, limoni, cocomeri). In particolare si distinguono due tipi di bacca: L ESPERIDIO (limoni, arance, lime e pompelmi) e la PEPONIDE (i frutti del cocomero, del cetriolo e della zucca).

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36 FRUTTI AGGREGATI: si formano a partire da numerosi carpelli appartenenti ad un unico fiore;questi frutti sono costituiti da molti frutti semplici inseriti su un ricettacolo carnoso. Il fiore della fragola possiede numerosi carpelli singoli disposti su un ricettacolo, e ciascun carpello diventa poi un achenio. FRUTTI MULTIPLI O INFRUTTESCENZA: si forma a partire da singoli ovari di diversi fiori concresciuti insieme. Esempi sono: il fico e l ananas

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40 Non tutti i frutti contengono i semi In alcune piante, possono svilupparsi frutti normali che però non contengono semi. I frutti che si sviluppano senza fecondazione sono detti PARTENOCARPICI; sono privi di semi e vengono detti pertanto apireni. I frutti apireni sono generalmente prodotti dalle piante coltivate quali la melanzana, gli aranci navel, il banano,l ananas e alcune varietà di melo e pero.