Domande aperte biologia vegetale

Domande aperte

1. Descrivi caratteristiche e modalità di funzionamento degli stomi.

Gli stomi sono le strutture della pianta deputate agli scambi gassosi, sono costituite da due cellule di guardia che possono essere di tipo reniforme o a manubrio, queste ultime sostenute da cellule sussidiarie. La peculiarità delle cellule di guardia è l’assenza di plasmodesmi con le cellule del mesofillo e una particolare disposizione delle microfibrille di cellulosa che ne permette l’espansione verso l’esterno quando aumenta il turgore creando una rima stomatica al loro interno.

I meccanismi di apertura e chiusura stomatica sono molteplici. Principalmente la luce ne sostiene l’apertura andando ad attivare le fototropine che a cascata portano all’apertura delle pompe protoniche, dei canali K+ e dei canali anionici (Cl-, NO3-). L’accumulo di soluti abbassa il potenziale idrico e favorisce l’influsso di acqua con il conseguente aumento di turgore. Un altro soluto coinvolto è il controanione malato2- che si accumula nel vacuolo grazie alla degradazione dell’amido. Mentre la chiusura stomatica avviene al buio, quando l’assenza di luce non può sostenere il processo appena citato e grazie all’ABA che è particolarmente attivo durante lo stress idrico.

2. Descrivi caratteristiche e significato adattativo dei tricomi epiteliali.

I tricomi epiteliali sono estroflessioni dell’epidermide che si originano dai meristemoidi ovvero dei meristemi secondari originati da singole cellule che ritornano in uno stadio embrionale riacquistando la capacità di dividersi. Possono essere strutture semplici o complesse, formate da una o più cellule che possono essere vive o morte. La diversa morfologia riflette la diversità funzionale che possono acquistare.

I tricomi urticanti hanno un ruolo protettivo nei confronti degli animali erbivori, tricomi ghiandolari possono attirare insetti pronubi ed indirizzarli verso un particolare organo riproduttivo oppure allontanare patogeni. Alcuni tricomi formano una peluria bianca che riflette la luce e ha dunque funzione fotoprotettiva in caso di luce intensa e la presenza di peli nelle foglie limita la traspirazione. I tricomi del rizoderma inoltre, i peli radicali, sono fondamentali per aumentare la superficie di assorbimento di acqua.

3. Descrivi e commenta il ciclo metagenetico delle angiosperme, relativamente alla componente femminile.

Il ciclo femminile delle angiosperme ha luogo nel gineceo del fiore contenente i carpelli. Questo è formato da stigma, stilo e dall’ovario. In quest’ultimo sono contenuti gli ovuli formati da tegumento per la protezione e da una nocella, il vero e proprio megasporangio al cui interno è presente la cellula madre delle megaspore da cui si formerà il sacco embrionale.

La cellula madre va incontro a meiosi per formare una tetrade di megaspore. In genere 3 di queste abortiscono e la cellula rimanente va incontro a 3 mitosi (senza citodieresi). Successivamente il citoplasma viene compartimentalizzato e le cellule si dispongono in maniera particolare per formare il sacco embrionale. 3 cellule si pongono ai poli apicali, la cellula centrale sarà la ovocellula che sarà fecondata dal primo nucleo spermatico a formare lo zigote. Altre 3 cellule si pongono ai poli calazali e vengono dette antipodali. Mentre le ultime 2 cellule si fondono a formare i nuclei polari che dopo la prima fecondazione vengono fecondati dal secondo nucleo spermatico per formare l’endosperma secondario (nucleo triploide). Il gametofito femminile rimane dunque contenuto nei tessuti sporofiti materni.

4. Descrivi e commenta il ciclo metagenetico delle angiosperme, relativamente alla componente maschile.

Nell’antera degli stami quattro sacchi pollinici accolgono le cellule madri del polline, ancora diploidi, che attraverso la meiosi generano tetradi di microspore aploidi presto separate e libere di maturare. Ciascuna microspora compie quindi una mitosi asimmetrica: nasce un granello di polline bicellulare, con una cellula vegetativa ricca in citoplasma con all’interno una cellula generativa più piccola avvolte dall’exina (parete esterna, intreccio di sporopollenina – polimero di catene di acidi grassi OX e alcoli), capace di resistere al trasporto per vento o insetti.

Quando lo stigma giusto lo intercetta il granello si idrata, la cellula vegetativa fora l’intina (parete di cellulosa e pectine) e fa germinare il tubo pollinico, che avanza nello stilo. Durante il viaggio, se non l’ha già fatto prima, la cellula generativa si divide formando due cellule spermatiche che scorrono nel tubo senza flagelli. Raggiunto l’ovulo il tubo imbocca il micropilo, si apre nel sacco embrionale e consegna i due gameti: il primo si fonde con l’oosfera producendo lo zigote diploide destinato a diventare embrione, il secondo si unisce al nucleo centrale binucleato e origina l’endosperma triploide, futuro tessuto di riserva del seme. L’intera fase riproduttiva coinvolge poche cellule e rende la riproduzione delle angiosperme indipendente dall’acqua libera, perfettamente adattata alla vita terrestre.

5. Descrivi e commenta il ciclo metagenetico delle gimnosperme, relativamente alla componente maschile.

Il ciclo metagenetico maschile delle gimnosperme avviene nei coni microsporofilli che contengono i sacchi pollinici (microsporangi) rivestiti da esotecio, in ognuno di questi è presente una cellula madre che andrà incontro a meiosi per formare una tetrade di microspore. Queste si separano e vanno incontro a mitosi per originare gametofito maschile ovvero il granulo di polline.

Nel granulo si riconoscono una cellula vegetativa, una cellula peduncolare, una cellula spermatogena e due cellule pro-tallari, inoltre questo è ricoperto da uno strato esterno di esina formata dal resistente polimero sporopollenina e uno più interno di intina formata da pectine e cellulosa. Il granulo pollinico grazie al vento (anemofilia) e più raramente grazie ad animali (impollinazione biotica) può raggiungere l’organo riproduttivo femminile, qui la cellula vegetativa cresce in direzione degli archegoni a formare il tubetto pollinico trascinando insieme la cellula spermatogena che per mitosi forma 2 nuclei spermatici che andranno a fecondare l’oosfera. Alcune gimnosperme presentano ancora spermatozoidi flagellati come nel caso di Ginkgo e Cycas e dipendono dunque dalla presenza di un mezzo liquido archegoniale.

6. Descrivi e commenta il ciclo metagenetico delle gimnosperme, relativamente alla componente femminile.

Il ciclo metagenetico femminile delle gimnosperme avviene nei coni megasporofilli, ovvero le pigne anche dette strobili. In ognuna delle squame ovulari che ne compongono la struttura si trovano i megasporangi, ovvero gli ovuli contenenti tegumento e la nocella che protegge la cellula madre delle macrospore. Da questa per meiosi si origina la tetrade di macrospore che vede 3 di queste cellule abortire e una cellula formare il mega-gametofito, un megarprotallo nel quale si formano gli archegoni e un tessuto di riserva detto endosperma primario (aploide) perché si sviluppa prima della fecondazione.

Una apertura nel tegumento, chiamata micropilo, funge da canale per i granuli di polline che rimangono incollati grazie sostanze mucillaginose e grazie all’accrescimento della cellula vegetativa del polline in direzione dell’ovulo vengono portate all’interno le 2 cellule spermatiche per la fecondazione. A fecondazione avvenuta da questa struttura si formerà il seme con all’interno l’embrione. La fecondazione e lo sviluppo del seme possono avvenire molto dopo l’impollinazione quando il gametofito femminile è completamente formato.

7. Descrivi e commenta quali sono le caratteristiche salienti del ciclo metagenetico delle gimnosperme.

Il ciclo metagenetico è aplodiplonte caratterizzato da eterosporia. Si ha un ciclo maschile che porta alla formazione di un microgametofito molto ridotto, detto granulo di polline, contenente solo 2 cellule protallari, una cellula peduncolare, una cellula vegetativa e 1-2 cellule spermatogene. Il granulo protetto da esina (sporopollenina) e intina può essere disperso nell’aria. Si noti però che in alcune piante come Cycas e Ginkgo persistono come nei taxa meno evoluti spermatozoidi flagellati che necessitano dunque di un mezzo liquido all’interno della camera archegoniale per fecondare la oosfera.

Mentre il ciclo femminile porta alla formazione di ovocellule a partire da megasporangi, ovvero nocelle, che forma un megaprotallo aploide in cui si caratterizzano un endosperma primario (tessuto di riserva) e gli archegoni da cui si formano le cellule uovo. Dopo l’impollinazione – spesso anemofila – il polline germina; il tubetto pollinico raggiunge l’archegonio e consegna un nucleo spermatico che feconda l’oosfera formando lo zigote. Questa struttura andrà a formare il seme costituito da tessuti di diversa provenienza: i residui della nocella (sporofito madre diploide), endosperma primario (megaprotallo aploide), l’embrione (nuovo sporofito diploide formato da fecondazione) e l’involucro originato dal tegumento (sporofito madre diploide).

Il seme delle gimnosperme viene definito nudo perché non è completamente ricoperto da tessuti grazie al micropilo. Alcune specie di gimnosperme inoltre possono produrre falsi frutti, come gli arilli del tasso o le bacche del ginepro, falsi perché non derivano da strutture fiorali come i carpelli bensì dal tegumento o da altre strutture del cono. Essi rappresentano una importante evoluzione per aumentare la disseminazione (endozoocoria).

8. Descrivi e commenta quali sono le caratteristiche salienti del ciclo metagenetico delle alghe verdi.

I cicli metagenetici delle alghe verdi sono molto variegati. Nelle forme aplonti, Chlamydomonas, Chara Coleochaete, come e la fase vegetativa è interamente aploide; in condizioni favorevoli le cellule si moltiplicano per mitosi, mentre in condizioni avverse si differenziano in gameti + e − che, fondendosi, formano uno zigote diploide. Questo zigote, racchiuso in una spessa parete (zigospora), entra in quiescenza e, al ritorno di condizioni favorevoli, subisce meiosi zigotica liberando quattro individui aploidi, ripristinando così il gametofito.

Più raro è il Codium: ciclo diplonte, tipico delle clorofite come organismo dal tallo diploide che compie meiosi gametica producendo gameti aploidi. Infine abbiamo le Ulva lactuca alghe aplodiplonti come con alternanza delle generazioni: lo sporofito diploide forma sporangi che, mediante meiosi sporica, generano zoospore + e − aploidi; queste germinano in gametofiti morfologicamente identici allo sporofito (isomorfi), dai gametangi di essi si formano gameti flagellati che si fondono in un nuovo zigote diploide, chiudendo il ciclo. In questo modo le alghe verdi dimostrano un’ampia versatilità evolutiva, passando da cicli in cui la fase diploide è ridotta al solo zigote a cicli con alternanza completa di generazioni morfologicamente simili.

9. Descrivi e commenta quali sono le caratteristiche salienti del ciclo metagenetico dei muschi.

Nei muschi la metagenesi è aplodiplonte, ma la fase dominante è il gametofito aploide, che forma all’apice del caule anteridi e archegoni protetti da foglioline specializzate. In presenza d’acqua gli spermatozoidi flagellati prodotti dagli anteridi nuotano verso l’archegonio; qui avviene la fecondazione e lo zigote diploide riceve nutrimento dal gametofito.

Dallo zigote si origina lo sporofito, composto da piede, seta e capsula. Nella capsula le cellule sporogene eseguono la meiosi, producendo spore aploidi che, liberate, germinano in un protonema filamentoso. Da questo si sviluppano nuovi gametofiti, chiudendo un ciclo in cui il breve sporofito diploide resta sempre fisiologicamente legato al gametofito che lo sostiene.

10. Descrivi e commenta quali sono le differenze nel ciclo riproduttivo delle felci iso- ed eterosporee.

Nelle felci il ciclo riproduttivo è aplodiplonte con uno sporofito diploide duraturo e autotrofo e un gametofito aploide di breve durata. Nelle felci isosporee lo sporofito produce un solo tipo di spora; ciascuna spora germina all’esterno del proprio tegumento in un protallo, di solito bisessuale. Il protallo forma anteridi e archegoni, la fecondazione richiede acqua, e dallo zigote si sviluppa un nuovo sporofito indipendente.

Nelle felci eterosporee lo sporofito differenzia due tipi di sporangio: i megasporangî, che contengono poche megaspore, e i microsporangî, con molte microspore. La megaspora resta racchiusa nel proprio tegumento e sviluppa al suo interno un gametofito femminile con archegoni; la microspora forma, sempre internamente, un gametofito maschile estremamente ridotto che produce gli spermatozoidi. La distinzione fra megaspore e microspore introduce una separazione precoce dei sessi e riduce l’autofecondazione, mentre il nutrimento necessario ai gametofiti deriva in larga parte dalle riserve accumulate nella spora stessa.

(Felci isospore – sporofito lato inferiore fronde sporangi all’interno di sori ricoperti di indusio – meiospore catapulta annulus – gametofito – anteridi e archegoni – spermatozoidi fecondano oocellule – zigote forma sporofito)

11. Descrivi le modalità di formazione della parete cellulare di una cellula vegetale

Durante la citodieresi delle cellule vegetali, vescicole provenienti dall’apparato di Golgi sono guidate dal fragmoplasto verso il piano equatoriale, dove la loro fusione origina la piastra cellulare. Questa si allunga e arriva