Appunti Botanica sistematica

1. Dominio

2. Regno

3. Phylum

4. Superclasse

5. Classe

6. Sottoclasse

7. Superordine

8. Ordine

9. Sotto Ordine

10. Superfamiglia (che contengono 1 o più)

11. Famiglia (che contengono 1 o più)

12. Sottofamiglia

13. Genere (che contengono 1 o più)

14. Sottogenere

15. Specie

16. Sottospecie

I phyla prendono la desinenza -phyta, Le classi prendono nelle piante terrestri la desinenza -

opsida mentre nelle alghe la desinenza -phyceae Gli ordini prendono la desinenza -ales

Le famiglie la desinenza -ace

Cicli di riproduzione

PROCARIOTI E CIANOBATTERI

La maggior parte dei procarioti ci è familiare come batteri. In questo gruppo sono inclusi i

cianobatteri e tempo fa comprendevano un terzo gruppo detto archeobatteri, questi ultimi

però differiscono dai batteri per così tanti caratteri che sono stati inclusi in un differente

clado gli archea, Il nostro maggior interesse è diretto ai cianobatteri, i quali possono

presentarsi anche come phylum in questo caso verranno chiamati cianophyta, Va

specificato che i procarioti svolgono ruoli che influenzano le piante fornendo loro

composti essenziali, ad esempio, convertendo lo zolfo e l’azoto atmosferico in solfati e

nitrati oppure decomponendo organismi morti con la degradazione enzimatica

I cianobatteri appartengono al gruppo di eubatteri gram-negativi ovvero quelli là qui

parete alla colorazione di gram non risponde, la sensibilizzazione a questa colorazione

dipende dall’organizzazione della parete cellulare. sono gli unici appartenenti ai batteri

(procarioti) che utilizzano l’acqua come donatore di elettroni e come conseguenza

liberano ossigeno. Il procariote è un organismo provvisto di un’organizzazione più

tosto semplice, con membrana cellulare variamente organizzata ma comunque

organizzata diversamente da quella degli eucarioti. All’interno la cellula non è prevista

di compartizioni delimitate da membrane o doppie membrane quindi salve particolari

eccezioni non esistono sistemi di membrana organizzati in organelli nel momento in qui

un procariote ha la necessità di destinare delle aree della propria cellula a compiti

particolari la specializzazione è di norma funzionale. Sia i procarioti sia gli eucarioti

con modalità un po' diverse effettuano tutte le modificazioni che sono associate al

DNA. I procarioti effettuano trasferimento di materiale e opportunità dei due individui

di scambiarsi DNA in questo caso i batteri hanno delle particolarissime forme di scambio

orizzontale del DNA diverse dagli eucarioti, tuttavia, non hanno sessualità non

effettuano mitosi e meiosi perché tra l’altro non hanno cromosomi separati,

tipicamente il DNA batterico è tutto contenuto in un unico lunghissimo

“cromosoma” batterico e non è tipicamente complessato con istoni

Struttura generica di un procariote:

- Protoplasma

- Batteri sono unicellulari o coloniali

- Assenza di nucleo

- non esiste la membrana nucleare

- il DNA è presente nel citoplasma in forma di nucleoidi

- il DNA forma generalmente un anello e non possiede istoni o nucleosomi.

Parete cellulare

Scambio di materiale genetico, accade raramente e vengono scambiati solo pochi geni alla

volta. i cianobatteri possono avere vita indipendente o possono essere organizzati in colonie

di forme diverse da tondeggianti a filamentose. In alcune specie è presente una

differenziazione morfologica: possono essere presenti cellule specializzate a parete spessa

chiamate esercisti le quali sono sede del processo di fissazione dell’azoto atmosferico e se

in posizione basale servono per l’adesione al substrato. La fotosintesi dei cianobatteri ha

luogo nella loro membrana tilacoide, in modo analogo a quello che avviene nei cloroplasti

delle alghe, dei muschi, delle felci. Per la fotosintesi i cianobatteri oltre la clorofilla a,

possiedono altri pigmenti fotosintetici, in particolare le ficobiline, tra cui la ficocianina la

ficoeritrina e la alloficocianina, organizzate in ficobilisomi. I cianobatteri sono ritenuti essere

gli organismi che hanno prodotto per primi l’ossigeno atmosferico come scarto della

fotosintesi ossigenica

Sono da considerare tra gli organismi bio-costruttori, in quanto la loro attività fotosintetica

sottrae CO2 all’ambiente, inducendo la precipitazione del carbonato di calcio. Molti

cianobatteri possono fissare l’azoto riducendo l’azoto elementare in (NH4+) all’interno delle

eterocisti, cellule dedicate a questo compito, con parete ispessita per essere impermeabile al

ossigeno Non sono gli unici tra i procarioti ad essere azoto fissatori, molti batteri sono

azotofissatori, un esempio è il batterio del genere rizofium che con varie specie effettua

simbiosi con le leguminose e la funzione di questa simbiosi dal lato dei batteri è proprio

questa fornire un surplus di composti organici azotati alla leguminosa che a sua volta gli dà

protezione e fotosintesi. Nei cianobatteri coloniali all’interno dell’eterocisti non avviene la

fotosintesi ma solo la fissazione dell’azoto Nei cianobatteri coloniali le cellule a parete più

spessa e prive di pigmenti fotosintetici si occupano della fissazione dell’azoto e trasferiscono

i prodotti azotati alle cellule adiacenti dalle quali ricevono glucosio. Un ciano batterio che

vive libero fissa l’azoto in due modi possibili: fissando l’azoto di notte quando non fa

fotosintesi oppure quando debbono fissare azoto accelerano bruscamente la respirazione

cellulare in modo tale da utilizzare l’ossigeno che producono e ottenere una riduzione

parziale della quantità di ossigeno all’interno della cellula e procedere con la fissazione

Origine dei cloroplasti

I plastidi possono aver avuto un’origine simile ai mitocondri ma in cui il protagonista della

simbiosi era un partner fotosintetico. Tutti i cloroplasti contenenti clorofilla a liberano

ossigeno durante la fotosintesi, tra i procarioti fotosintetici i cianobatteri vengono ritenuti gli

organismi progenitori. Non sappiamo qual è l’antenato diretto del cloroplasto, piuttosto si

presume che vi siano organismi viventi che provengano da un progenitore comune. I

cloroplasti rossi, verdi, gialli e bruni, delle varie divisioni algali sono così diversi tra loro, dal

punto di vista strutturale e biochimico, che furono inizialmente ritenuti derivati da diversi

tipi di cianobatteri. Al giorno d’oggi i dati ottenuti da studi molecolari e biochimici ci

permettono di postulare l’ipotesi, attualmente più probabile, basata su un evento singolo di

endosimbiosi primaria e più eventi di endosimbiosi secondaria.

Possiamo ricostruire la filogenesi degli organismi partendo dai plastidi. Conosciamo il

plastidio delle Chlorobionta, questo è delimitato da una doppia membrana contenente

tilacoidi impilati, alcuni mettono in comunicazione le pile di nome grana, i tilacoidi sono

associati a molecole di clorofilla a e b. Abbiamo osservato che non tutti i gruppi algali hanno

questo tipo di plastidi. i plastidi hanno altre caratteristiche: - Replicazione semi autonoma -

Durante la replicazione non vi è mitosi ma scissione binaria - Il plastidio contiene DNA

proprio molto spesso circolare - Possiede ribosomi con coefficiente di sedimentazione

procariotiche - Sintesi proteica semplice spesso simile a quello procariote

- Ipotesi simbiotica: Un batterio fotosintetico foto-ossiggenico è entrato all’interno di

una cellula che già aveva i mitocondri. La membrana plasmatica del cianobatterio è

stata circondata dalla membrana di fagocitosi, l’eucariote primordiale non

fotosintetico ospite non l’ha ingerito ma custodito come plastidio

Questa teoria non

giustifica

necessariamente

l’organizzazione di

altri plastidi più

complessi con

strutture diverse. È

presumibile che

l’evento di simbiosi

primaria sia

avvenuto una sola

volta e che da questo

evento si siano

divise tre linee

diverse. Le

glaucofite hanno cloroplasti particolari che presentano, tra essi e la cellula, uno strato sottile

dalla parete di peptidoglicani tipica dei cianobatteri. I cloroplasti primari delle alghe rosse

hanno la clorofilla a (manca invece la b) e sono presenti al loro interno tutti i pigmenti tipici

dei cianobatteri, come le ficobiline organizzate in strutture chiamate ficobilisomi. Nei

cloroplasti delle alghe verdi

non vi è traccia di ficobiline

né di ficobilisomi, non vi è

traccia di una parete

batterica come nei

glaucofite, troviamo

comunque clorofilla a e b,

oltre a carotenoidi

accessori, caratteristiche

che si trovano anche nei

cloroplasti delle piante

terrestri (le embriofite). Noi

presupponiamo diversi

eventi di endosimbiosi

secondaria. È plausibile che

ci siano state simbiosi

terziarie. Cryptophyceae

Le criptomonadi sono flagellate unicellulari di colore bruno scuro, olivastro, blu-verdi o rosso a

rapida crescita, sono presenti sia in acque marine che dolci. Sono di piccole dimensioni. Si

trovano soprattutto in acque fredde non superficiali e non si conservano facilmente, spesso sono

preda di erbivori acquatici. Sono essenziali per la crescita e lo sviluppo dello zooplancton e

presentano sia membri foto sintetizzanti sia membri privi di pigmenti che si nutrono per

fagocitosi inglobando particelle organiche e batteri.

Lume del plastidio, due membrane, un ulteriore

membrana e poi la membrana in continuità con

quella nucleare. Intrappolato tra la seconda e la

terza membrana vi è un corpicciuolo elettro denso

che prende il nome di nucleomorfo che contiene

DNA. Le Cryptophyceae producono ficobiline ma

non hanno ficobilisomi

ALGHE

Con il termine alghe, identifichiamo organismi

fotoautotrofi eucariotici unicellulari o pluricellulari

acquatici. Non sono considerate vere e proprie

piante poiché non presentano adattamenti alla vita

terrestre e dunque non hanno l’organografia di un

cormo: il loro corpo è definito tallo. Tradizionalmente, le alghe sono suddivise principalmente a

seconda del loro corredo di pigmenti e di sostanze di riserva, e il tipo di plastidio. Riconosciamo

le seguenti divisioni:

- ALGHE ROSSE (RHODOPHYTA)

- ALGHE GIALLO/BRUNE (DIATOMEE)

- ALGHE BRUNE (PHAEOPHYTA)

- ALGHE VERDI (CHLOROPHYTA)

RHODOPHYTA (Alghe rosse)

Poco meno di mille generi, le alghe rosse sono organismi eucarioti, tra i primi comparsi sulla

Terra. Solo alcune sono unicellulari o filamenti microscopici. La maggior parte delle alghe rosse

sono strutturalmente più complesse e macroscopiche. Molte specie pluricellulari sono di

dimensioni rilevanti e possono essere filamentose, laminari o fogliacee. Si osservano, solo in

pochi individui, dei veri talli parenchimatici, ad esempio si osservano in Bangia e Porphyra.

Tuttavia, vi sono anche organismi che vivono in condizioni di elevata acidità e di alte

temperature come Cyanidium caldarium dal colore blu-verdastro. Sono organismi

prevalentemente marini e possono crescere a profondità molto elevate (grazie alla presenza di

ficobilisomi e di ficobiline) i picchi di biodiversità sono in mari temperato-caldi. Molte specie

vivono attaccate a rocce, conchiglie, alghe o piante tramite dei rizoidi. Sono caratterizzate da un

corredo di pigmenti ben definito: posseggono solo clorofilla a, carotenoidi, e ficobiline (pigmenti

idrosolubili quali la ficocianina e la ficoeritrina che mascherano il colore verde, la ficoeritrina

dona in particolare il colore rosso caratteristico) organizzate in ficobilisomi (corpuscoli

localizzati sui tilacoidi). la quantità di pigmenti varia a seconda della profondità al quale vivono

le specie. I loro plastidi, definiti rodoplasti, sono plastidi

primari dotati di una doppia membrana, con tilacoidi

liberi sulla cui superficie sono presenti i ficobilisomi.

Accumulano sostanze di riserva simili all’amido,

poliglucano che prende il nome di amido delle floridee,

non all’interno dei plastidi ma bensì direttamente nel

citoplasma sottoforma di granuli. Le pareti cellulari della

maggior parte delle alghe rosse includono una componente rigida interna, consistente di

microfibrille di cellulosa o di altro polisaccaride ed uno strato più esterno mucillaginoso,

normalmente un polimero solforato del galattosio quale agar o carragenani. Questi composti

secondari, quali agar e carragenani, spesso usati anche nell’alimentazione umana come

addensanti e stabilizzanti di budini, gelati, ecc.; sono sostanze mucillaginose che, nelle forme

pluricellulari, tengono insieme i vari filamenti della struttura esterna dell’organismo, tramite i

cosiddetti pit connections, i quali sono attraversati da un fascio di citoplasma, sono

probabilmente analoghi ai plasmodesmi, e quando la cellula muore, questi sono letteralmente

chiusi da un tappo proteico. I flagelli e i centrioli nelle alghe rosse sono assenti. Non posseggono

acquaporine a differenza di alghe verdi e piante terrestri. Il ciclo vitale della maggior parte delle

alghe rosse è poco conosciuto ma i pochi cicli che sono stati studiati più in dettaglio sono

estremamente complessi, quasi tutti coinvolgono almeno uno stadio pluricellulare ma non si

trovano mai cellule mobili. Non esiste un ciclo tipico ma possiamo vedere, oltre che cicli

specifici, anche cicli generici. Il gametofito possiede gametangi che producono cellule

spermatiche non mobili chiamate spermazi e cellule uovo chiamate carpogoni. Queste sono

grandi e hanno un lungo prolungamento tubulare che serve per intercettare gli spermazi che

vengono trasportati dalle correnti. Al contatto con questa estensione si ha la plasmogamia (fase

della singamia in cui si ha la fusione dei citoplasmi di due gameti o di due cellule somatiche

aploidi), quindi il nucleo migra verso la base del carpogonio dove avviene la cariogamia (fusione

dei corredi genetici). In alcune alghe rosse il carpogonio fecondato emette un altro filamento che

porta il nucleo diploide all’esterno del carpogonio e lo deposita in un'altra cellula, detta

ausiliaria, che effettua la mitosi e produce nuove cellule. Abbiamo così la nuova generazione, il

carposporofito che produce numerose carpospore diploidi per mitosi. Il carposporofito è una

generazione completamente distinta che non trova equivalenti in nessun altro tipo di alga o

pianta. Le carpospore liberate inizialmente galleggiano e poi sedimentano e quando germinano

formano individui diploidi chiamati tetrasporofiti che equivalgono ad un tipico sporofito.

Possiedono infatti sporangi in cui avviene la meiosi, da cui derivano tetraspore aploidi che

ridanno origine ai gametofiti.

Le alghe rosse sono suddivise generalmente in due classi:

- Bangioficee (Bangiophyceae)

- Floridoficee (Floridophyceae)

bangioficee

Le possono essere sia unicellulari che pluricellulari; quando sono pluricellulari

tendono ad essere filamentose o laminari. L’alga Nori. Porphyra è spessa una sola cellula, è un

tallo laminare dello spessore di una cellula, la cellula è capace di effettuare mitosi verso una sola

direzione in un solo piano, vi è quindi una crescita laminare in cui non è possibile utilizzare tutti

i possibili segmenti in ogni piano. Nel gruppo delle Bangiophyceae troviamo anche

Porphyridium che risulta unicellulare.

Ciclo di Porphyra. La riproduzione può avvenire asessualmente, quando un gametofito aploide

produce mitospore aploidi che possono rigenerare un nuovo gametofito. Questa non è peculiare

delle alghe rosse, ma bensì in quasi tutte le alghe pluricellulari di tutti i gruppi formano

mitospore in grado di rigenerare un nuovo organismo. La riproduzione può avvenire anche

sessualmente, e avviene quando in una cellula nello spessore del tallo di un gametofito aploide,

si differenziano per mitosi i gameti maschili

(spermazi) o i gameti femminili (una cellula

del tallo subisce alcune minuscole

modificazioni ontogenetiche per diventare

una cellula uovo). Gli spermazi, essendo

privi di flagello si lasciano trasportare

passivamente dalle correnti nell’acqua di

mare, fino a raggiungere il gamete

femminile, la cui unione dà luogo allo

zigote, il quale non produce direttamente

uno sporofito, ma bensì, tramite mitosi,

produce ulteriori mitospore diploidi, dette

carpospore, le quali generano lo sporofito.

Ciò può essere vantaggioso, poiché in tal

modo, si ha la possibilità di produrre più

sporofiti a partire da un singolo zigote. In

seguito, lo sporofito filamentoso si installa

sui gusci di molluschi bivalvi, e negli

sporangi hanno luogo le meiosi che

producono le meiospore dalle quali si

rigenereranno i nuovi gametofiti. Il ciclo è

definito aplodiplobionte eteromorfo proprio

a causa della forte dissimilarità delle due

generazioni

FLORIDOPHYCEAE

• Le floridoficee sono le alghe rosse più derivate.

Generalmente la struttura del tallo presenta filamenti ramificati che seguono tutte le stesse

direzioni, le cui cellule sono spesso collegate tra loro tramite le cosiddette sinapsi. Non vi

sono rappresentanti unicellulari. Il ciclo riproduttivo è aplodiplobionte. I gametofiti aploidi

sono unisessuali, cioè un gametofito può produrre separatamente solo spermazi o gameti

femminili. Sulle ramificazioni del tallo del gametofito maschile, si formano strutture

definite spermatangi, le

quali, tramite mitosi,

producono gli spermazi;

mentre sulle ramificazioni del

tallo gametofito femminile, vi

sono i carpogoni, delle

strutture dotate di un piccolo

filamento piliforme, detto

tricogino, il quale, mosso dalle

correnti, ha la funzione di

intercettare l’acqua e

“catturare” gli spermazi. Lo

spermazio, attraverso il

tricogino, raggiunge la cellula

uovo, la cui unione produrrà

lo zigote. Lo zigote, a seguito

di varie mitosi, produce un

corpo pluricellulare diploide

(non fotosintetico) sul

gametofito femminile, definito

carposporofito, dal quale<