Appunti Fisiologia vegetale

Introduzione

1 lunedì 10 ottobre 2022 12:12

L'assorbimento dei nutrienti da parte del suolo avviene a livello della radice (organo radicale), c'è un sistema di assorbimento anche a livello degli stomi, quindi della foglia. Questi sistemi di movimento nella pianta devono essere efficienti, parliamo di trasporto cellulare, trasporto a breve e a lunga distanza. Il trasporto cellulare avviene quando devono entrare acqua e soluti dal suolo all'interno delle cellule vegetali, queste poi si devono muovere fino alle regioni aeree della pianta, quindi abbiamo un trasporto a lunga distanza (attraverso il sistema vascolare di xilema e floema). Il trasporto a breve distanza riguarda che cosa succede ai fotosintetati (prodotti della fotosintesi) per poter essere trasportati all'interno della pianta.

La pressione all'interno delle cellule varia anche in base al contenuto di acqua, si possono instaurare pressione negative che chiamano acqua verso se stesse o pressioni positive che tendono a liberarsi di acqua.

Il trasporto di zuccheri lo vedremo attraverso le foglie verso il cilindro vascolare.

La pianta interagisce con l'ambiente: a livello apogeo la radice con il suolo, a livello aereo le foglie interagiscono con l'aria; la pressione negativa della radice richiama acqua dalle regioni intorno: il suolo.

Metabolismo energetico delle piante, come sono in grado di produrre energia? Reazioni dei tilacoidi luce dipendenti e fissazione del carbonio; in una 1° fase l'energia solare viene captata da sistemi a livello fogliare, viene assorbita e trasformata in energia chimica che serve ad attivare il trasporto degli elettroni. Questo sistema di generazione di trasporto elettronico mobilizza energia, convogliata nella fissazione del carbonio, mediante scambi gassosi le foglie permettono l'ingresso di CO2 (fonte di quel carbonio che dovrà essere incamerato al fine di produrre zuccheri più complessi come glucosio e saccarosio).

Nella pianta adulta abbiamo la formazione di frutti, dove all'interno ci sono i semi e da ogni seme si genera un nuovo individuo (plantula e poi processo di fecondazione). Sviluppo embrionale e post embrionale: nel momento in cui avviene il processo di fertilizzazione comincia il processo di divisione classico (zigote, divisioni, embrione all'interno del seme); l'embrione va incontro ad uno sviluppo. Le cellule vegetali hanno la parete e non possono muoversi durante lo sviluppo, sono in comunicazione tra loro ma hanno un'informazione posizionale che gli dice chi è, dove si trova e cosa diventerà, questa informazione posizionale viene data dagli ormoni vegetali. Si generano così specifici pattern di divisione e l'embrione vegetale così come quello animale, può essere seguito durante il suo sviluppo. Nell'embrione ci deve essere una radice (meristema apicale radicale, nicchia staminale) e un meristema apicale vegetativo con la relativa nicchia staminale, si conferisce la polarizzazione dell'embrione. Il 1° asse di simmetria che si forma è quello apico basale, poi quello radiale e infine quelli adassiale e abassiale, cioè ciò che è sopra e ciò che è sotto ai cotiledoni.

L'embrione maturo va in quiescenza, il seme si disidrata fino a quando non ci sarà una condizione ottimale per procedere con la germinazione, il 1° processo di sviluppo post embrionale è proprio la germinazione: si ha protrusione della radichetta e si comincia a formare l'individuo.

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Lunedì 10 ottobre 2022 11:37

La cellula vegetale

La cellula vegetale -> nucleo, citosol, RER e REL, perossisomi (scissione del perossido di idrogeno), parete cellulare (che dovrà andare incontro a una serie di processi di rilassamento in maniera tale che la cellula, più elastica, vada incontro ad un accrescimento precedente alla mitosi), plastidi.

Parete cellulare suddivise in primarie e secondarie, possiamo avere inspessimenti della parete stessa, la banda del caspary. La parete 2° si forma nelle cellule differenziate e si ha la deposizione di altre molecole qui, tra cui la lignina (composizione fenolica, conferisce robustezza e determina un sapore cattivo per l'organismo che si nutre di questo organismo vegetale, in più rende difficilmente digeribile l'organismo vegetale stesso). Lezione 1 Pagina 23

Lunedì 10 ottobre 2022 11:51

I plastidi sono coinvolti nello stoccaggio di amido, fonte di riserva di zucchero; i plastidi e i mitocondri sono definiti semi autonomi perché hanno un proprio DNA ma soprattutto l'apporto energetico viene dato dalla restante parte della cellula (anche alcune proteine vengono sintetizzate dal DNA nucleare).

La membrana presenta sulla superficie diverse proteine che si possono muovere (mosaico fluido), possiamo trovare proteine integrali, proteine adagiate esternamente, proteine di ancoraggio per altre proteine mobili non a contatto con lo strato fosfolipidico, proteine canale.

Quando parliamo di RE e Golgi ci riferiamo a sistemi di membrane con specifiche funzioni cellulari che vanno incontro a fenomeni di fusione e fissione che vanno a favorire la crescita e la divisione degli organuli. Quando c'è l'internalizzazione di vescicole si ha movimento retrogrado, quando c'è esternalizzazione di vescicole si ha movimento anterogrado. Se vanno verso la membrana le vescicole possono contenere proteine di membrana.

A livello del vacuolo troviamo il tonoplasto (membrana singolo strato fosfolipidico); il vacuolo è una fonte di regolazione della pressione della cellula, che va incontro a cambiamenti della pressione interna. Se la cellula deve aumentare le sue dimensioni, dall'interno ci deve essere un cambiamento di pressione che spinge la cellula ad elongarsi; più acqua entra nel vacuolo e più lui si ingrossa aumentando la pressione interna della cellula e favorendo l'allungamento della cellula. All'inizio della vita della cellula ci sono diversi vacuoli, più andiamo verso il differenziamento della cellula e più si ha fusione di tutti i vacuoli al fine di ottenerne uno grande. Tra le funzioni principali troviamo riserva di acqua, accumulo di sostanze di rifiuto, di riserva e i pigmenti, di regolazione del turnover delle proteine.

Abbiamo una suddivisione dei plastidi in proplastidi, cromoplasti e amiloplasti (in grado di accumulare amido). Il cloroplasto è un cromoplasto, va ad accumulare pigmenti fotosintetici e presenta membrana interna, esterna e all'interno ci sono i grana di tilacoidi; i grana sono immersi nello stroma. Il processo fotosintetico avviene all'interno dei cloroplasti, in particolare le reazioni dei tilacoidi avvengono sulla membrana dei tilacoidi. La fase di fissazione del carbonio si svolge nello stroma perché nei tilacoidi si ha la produzione dei prodotti che verranno riversati nello stroma e usati nella 2° fase della fotosintesi, perché c'è bisogno di una fase acquosa.

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Martedì 11 ottobre 2022 08:19

L'acqua

È un solvente universale, è importante per la struttura di proteine, acidi nucleici e carboidrati e per la struttura delle membrane; nelle piante rappresenta una grande quantità della massa, ma la maggior parte di essa viene persa nell'arco della giornata e della vita, persa per traspirazione (perdita di vapore acqueo a livello della foglia). Quest'acqua è transiente nella pianta; la traspirazione è la forza trainante per far sì che avvenga lo stesso assorbimento a livello del suolo: per assorbire acqua dal suolo è necessaria una perdita di acqua a livello della foglia.

Al fine di regolare la T della pianta, l'assorbimento di acqua raffredda le superfici (termoregolazione), la pianta al fine di termoregolarsi perde acqua per traspirazione. Dato che l'acqua è collegata alla possibilità di acquisire nutrienti dal suolo, c'è correlazione tra produttività netta dell'individuo e acquisizione nei nutrienti.

La produttività delle piante è limitata dalla disponibilità dell'acqua; maggiore è la disponibilità idrica, maggiore è la produttività della pianta.

Il fenomeno di traspirazione è necessario e abbiamo detto l'acqua è transiente.

Se pensiamo ad una pianta di mais, è in grado di perdere circa 250 L di acqua in una stagione, per quanto riguarda la produzione abbiamo 1 g di sostanza secca ogni 500 g di acqua traspirata; quindi nonostante ci sia una grande quantità di acqua, solo l'1% dell'acqua che viene fornita diventa una vera biomassa in termini di produttività.

Dove si accumula l'acqua? Nei vacuoli, che possono essere diversi in base allo stato della cellula (cellule giovani hanno più vacuoli, cellule differenziate ne hanno 1); il vacuolo è il 1° organulo adibito all'immagazzinamento dell'acqua. Durante l'arco della vita di una cellula questa viene associata a una diversa quantità di acqua al proprio interno, anche in base alla dimensione del vacuolo.

Negli organi in accrescimento l'acqua rappresenta anche l'80-95% della massa totale.

L'acqua è localizzata soprattutto nel vacuolo (90-95% del volume delle cellule mature).

Proprietà dell'acqua

• È un solvente ad ampio spettro;
• È facilmente trasportata attraverso tutta la pianta; l'acqua ha una struttura polare, per cui può formare legami a idrogeno: le 2 cariche parziali di H vengono bilanciate e si equivalgono con la carica parziale - presente sull'O. Questo bilanciamento di cariche fa sì che la molecola non abbia una carica netta ma sia comunque polare. La presenza di queste cariche parziali sulla molecola instaurano attrazioni elettrostatiche che generano legami a H. La maggior parte delle proprietà dell'acqua derivano dalla presenza di questi legami, che diminuiscono le interazioni elettrostatiche fra le sostanze cariche e questo aumenta la solubilità. La possibilità di formare legami a H fra acqua e macromolecole diminuisce le interazioni tra le diverse macromolecole e quindi si aumenta ancora la solubilità. Aumenta quindi la possibilità di trasportare i macronutrienti in soluzione acquosa.

Caratteristiche che scaturiscono dalla possibilità di formare dei legami a H: una molecola che li forma regola il calore specifico, la tensione superficiale e la forza di tensione. Tutte queste forze intervengono al fine di garantire il trasporto di acqua all'interno dell'organismo. Si innalza il calore specifico, che è l'energia di calore richiesta per aumentare la T fino ad un certo punto; più legami a H abbiamo e maggiore è il calore latente di vaporizzazione (energia necessaria per spostare le molecole dalla fase liquida a gassosa).

Quando rompiamo legami a H e passiamo acqua da liquido a gassoso determiniamo il fenomeno di traspirazione; la perdita di acqua mediante traspirazione serve anche per la termoregolazione, quindi si raffredda la T della superficie da cui evapora.

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Martedì 11 ottobre 2022 09:01

Tensione superficiale

Questo è il fenomeno che caratterizza cosa avviene durante il processo di traspirazione. La formazione di goccioline che si formano sulla foglia viene chiamato effetto Lotus, determinato dalla tensione superficiale, che è l'energia necessaria ad aumentare l'area di interfaccia gas-liquido. Grazie alla struttura polare e alla formazione di legami a H tra le molecole di acqua, si richiede una maggiore energia per aumentare la superficie di scambio tra il gas e il liquido.

Da chi è garantita la tensione superficiale? Da altre 2 forze che si instaurano grazie alla struttura polare e il legami a H, queste sono le forze di coesione e quelle di adesione. Le prime sono le forze che instaurano tra le molecole di acqua, che vengono ad attrarsi tra di loro piuttosto che avere una maggiore attrazione verso l'atmosfera. Attraendosi tra di loro mediante forze di coesione fanno sì di attrarsi verso il centro.

Questo forze di coesione vanno a caratterizzare la tensione superficiale. La seconda forza che interviene nel determinare la tensione superficiale sono le forze di adesione, che indicano quanto le molecole di acqua vanno ad interagire con una superficie solida.

Per definire le forze di coesione dobbiamo definire l'angolo di contatto (o angolo teta), che si forma tra la goccia e la superficie: se una superficie è idrofoba l'angolo di contatto è maggiore di 90°, quindi le molecole di contatto avranno poche forze di adesione con la superficie (si minimizza il contatto della soluzione con la superficie idrofoba). Nel caso di superficie idrofila l'angolo di contatto è minore di 90°, l'acqua tenderà a formare un microfilm sulla superficie, aumentando l'interazione tra la superficie e il liquido (le molecole di acqua). L'insieme delle forze di adesione e di coesione va a regolare la tensione superficiale.

Capillarità

Se inseriamo un capillare di vetro (superficie bagnabile) all'interno di acqua cosa succede? La forza netta che si instaura è verso l'alto e la colonna di acqua salirà fino a quando non bilancia con il suo peso la forza che si ha verso l'alto. Lezione 2 Pagina 53

Martedì 11 ottobre 2022 09:10

Le forze di adesione intervengono tra le molecole di acqua che sono a diretto contatto con le pareti interne del capillare; le forze di coesione intervengono tra le diverse molecole di acqua e la tensione superficiale interviene sull'area di scambio tra gas e liquido. L'insieme di queste 3 proprietà forma il menisco ricurvo.

Restringendo il capillare, le molecole di acqua sono più compresse, la tensione superficiale fa sì che il livello di acqua all'interno del capillare salga.

Nel caso in cui andiamo a fare lo stesso esperimento ma invece di immergere il capillare di vetro in una soluzione acquosa, lo immergiamo in una soluzione di mercurio (il cui mercurio non bagna le pareti di vetro), il menisco che prima si formava con una curvatura verso il basso, ora ha una curvatura verso l'alto, si favorisce la maggiorazione dell'area di scambio tra interfaccia liquido-gas. La forza che ne risulta dalla tensione superficiale va ad abbassare il livello di mercurio presente a livello del capillare.

Forza di tensione

Forza di tensione: capacità di resistere a forze di trazione. Prendiamo una siringa e tappiamo un'estremità, se all'interno abbiamo acqua, con il pistone possiamo fare pressione o trazione. L'acqua all'interno o si comprime o resiste a questa trazione che stiamo effettuando; in particolare si forma una pressione idrostatica positiva quando comprimiamo l'acqua, è come se immettessimo acqua nella cellula, abbiamo la parete che fa resistenza e aumentiamo la pressione nella cellula. Quando tiriamo il pistone invece l'acqua fa resistenza e generiamo una pressione idrostatica negativa, è come se avessimo una cellula in cui non abbiamo grandi livelli di acqua e non sarà tanto turgida, ma piuttosto flaccida.

Se volessimo capire cosa succede a molecole in soluzione, queste possono fare collisione: più molecole ci sono e maggiore è la frequenza di collisione. La collisione effettua uno scambio di energia cinetica, maggiore sono le molecole e maggiore è lo scambio di energia cinetica. Ogni sistema tende ad avere un'entropia crescente, cioè tende a diminuire la possibilità di avere queste collisioni, in modo da diminuire l'energia libera del sistema; ogni sistema evolve sempre verso uno minore energia libera.

Questo principio è quello che spiega perché l'acqua si muove da un punto ad un altro e perché viene assorbita dalle radici.

Movimento per diffusione e osmosi

Movimento per diffusione: avviene in base ad un gradiente di concentrazione.

Movimento per osmosi: avviene mediante un gradiente di concentrazione o di pressione.

Lezione 2 Pagina 64

Martedì 11 ottobre 2022 09:24

Come vengono descritti questi movimenti? Le diverse molecole di acqua si muovono secondo diffusione da regioni ad alta concentrazione verso regioni a bassa concentrazione; le molecole, se presenti in soluzione, hanno collisioni e più sono queste collisioni maggiore è l'energia libera, siccome il sistema evolve sempre verso una minore energia libera dobbiamo aumentare l'entropia.

Se una soluzione è tanto concentrata c'è una bassa entropia, le molecole sono vicine tra loro. L'acqua tende a muoversi da queste regioni ad alta energia libera verso regioni a bassa energia libera. Il movimento per diffusione è un movimento energia dipendente. All'interno delle cellule l'acqua si muove attraverso il plasmalemma e si sposta, sempre per diffusione, attraverso i plasmodesmi da una cellula all'altra.

In base a cosa si muove una molecola in una soluzione? Per un discorso energetico, deve andare verso una bassa energia libera, quindi una maggiore entropia, quindi l'acqua si muove perché in una cellula c'è maggiore concentrazione di acqua rispetto all'altra e questo fa sì che il nostro sistema evolva verso una maggior entropia.

Il movimento per diffusione viene spiegato grazie alla legge di Fick: la V del movimento di diffusione di una sostanza è proporzionale al gradiente di concentrazione; è quello che abbiamo detto anche noi, c'è una V di movimento della molecola. In questa legge, se prendiamo in considerazione una cellula, la V di diffusione è proporzionale all'area di superficie, al gradiente di concentrazione, alla permeabilità di membrana e sarà inversamente proporzionale allo spessore di membrana.

I fattori che influenzano la V di diffusione dell'acqua attraverso una membrana sono:

• La solubilità dei lipidi;
• La dimensione delle molecole;
• Lo spessore di membrana;
• Il gradiente di concentrazione;
• L'area di superficie della membrana;
• La composizione dello strato lipidico.

Nel caso della membrana delle cellule vegetali, che è selettivamente permeabile, che molecole