Appunti di Botanica generale

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SOMMARIO

1. INTRODUZIONE ALLA BOTANICA .................................................................................................... 5

1.1 I VEGETALI ......................................................................................................................................... 5

1.2 ORGANISMI STUDIATI DALLA BOTANICA ............................................................................... 5

1.3 PLANT BLINDNESS ........................................................................................................................... 6

1.4 IMPORTANZA DELLE PIANTE ...................................................................................................... 6

2. ORIGINE, EVOLUZIONE E CLASSIFICAZIONE DELLE PIANTE ............................................... 8

2.1 LA COMPARSA DELLA FOTOSINTESI ........................................................................................ 8

TEORIA DELL’ENDOSIMBIOSI

2.2 ..................................................................................................... 8

TAPPE DELL’EVOLUZIONE VEGETALE

2.3 .................................................................................... 8

2.4 CLASSIFICAZIONE DEGLI ESSERI VIVENTI .......................................................................... 10

2.5 PROTOFITE ....................................................................................................................................... 11

2.6 CIANOBATTERI ............................................................................................................................... 12

2.7 TALLOFITE ....................................................................................................................................... 13

2.8 ALGHE ................................................................................................................................................ 13

2.9 FUNGHI .............................................................................................................................................. 15

2.10 BRIOFITE ......................................................................................................................................... 16

2.11 CORMOFITE ................................................................................................................................... 19

3. LA RIPRODUZIONE NEI VEGETALI ................................................................................................ 21

3.1 MODALITÀ DI RIPRODUZIONE NEI VEGETALI .................................................................... 21

3.2 CICLO VITALE DI UN ASCOMICETE ......................................................................................... 21

3.3 CICLO VITALE DI UN BASIDIOMICETE ................................................................................... 22

3.4 CICLI ONTOGENETICI .................................................................................................................. 22

3.4.1 CICLO APLONTE .......................................................................................................................... 23

3.4.2 CICLO DIPLONTE ......................................................................................................................... 24

3.4.3 CICLO APLO-DIPLONTE ISOMORFO (ULVA LACTUCA) ................................................. 24

3.4.4 CICLO APLO-DIPLONTE ETEROMORFO DEI MUSCHI .................................................... 24

3.4.5 CICLO APLO-DIPLONTE ETEROMORFO DELLA FELCE ................................................. 25

3.4.6 CICLO APLO-DIPLONTE ETEROMORFO DEL PINO .......................................................... 26

4. CITOLOGIA VEGETALE ..................................................................................................................... 28

4.1 MICROSCOPIA OTTICA ED ELETTRONICA ........................................................................... 28

4.2 LA SCOPERTA DELLA CELLULA E LA TEORIA CELLULARE .......................................... 28

4.3 CICLO CELLULARE ........................................................................................................................ 30

4.4 CITOSOL ............................................................................................................................................ 31

4.5 SISTEMI DI MEMBRANA ............................................................................................................... 31

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4.6 MEMBRANA PLASMATICA .......................................................................................................... 34

4.7 NUCLEO E NUCLEOLO .................................................................................................................. 37

4.8 CITOSCHELETRO ........................................................................................................................... 38

4.9 RETICOLO ENDOPLASMATICO ................................................................................................. 39

4.9.1 RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO ............................................................................ 41

4.9.2 RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO ............................................................................... 43

4.10 APPARATO DI GOLGI .................................................................................................................. 48

4.11 MITOCONDRI ................................................................................................................................. 53

4.12 PEROSSISOMI E GLIOSSISOMI ................................................................................................. 54

4.13 VACUOLO ........................................................................................................................................ 55

4.14 PLASTIDI .......................................................................................................................................... 61

4.14.1 FOTOSINTESI CLOROFILLIANA ........................................................................................... 66

4.14.2 CROMOPLASTI ........................................................................................................................... 69

4.14.3 AMILOPLASTI ............................................................................................................................. 70

4.15 PARETE CELLULARE .................................................................................................................. 71

3.15.1 CELLULOSA ................................................................................................................................. 76

3.15.2 EMICELLULOSE ......................................................................................................................... 76

3.15.3 SOSTANZE PECTICHE .............................................................................................................. 78

3.15.4 ORGANIZZAZIONE TRIDIMENSIONALE DELLA PARETE PRIMARIA....................... 79

3.15.5 SOSTANZE AROMATICHE ....................................................................................................... 80

3.15.6 PROTEINE DI PARETE .............................................................................................................. 80

3.15.7 BIOSINTESI DELLA PARETE................................................................................................... 83

5. ISTOLOGIA VEGETALE ...................................................................................................................... 84

5.1 TESSUTI E SISTEMI DI TESSUTI ................................................................................................. 84

5.2 TESSUTI MERISTEMATICI ........................................................................................................... 84

5.3 TESSUTI ADULTI ............................................................................................................................. 87

5.3.1 TESSUTI PARENCHIMATICI ..................................................................................................... 88

5.3.2 TESSUTI TEGUMENTALI ........................................................................................................... 91

5.3.3 TESSUTI MECCANICI .................................................................................................................. 99

5.3.4 TESSUTI DI CONDUZIONE ....................................................................................................... 102

5.3.5 TESSUTI SECRETORI ................................................................................................................. 107

6. ANATOMIA VEGETALE .................................................................................................................... 110

6.1 STRUTTURA DI BASE DELLE PIANTE SUPERIORI ............................................................. 110

6.2 FUSTO ............................................................................................................................................... 110

6.2.1 STRUTTURA PRIMARIA DEL FUSTO .................................................................................... 112

6.2.2 CRESCITA SECONDARIA ......................................................................................................... 114

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6.3 RADICE ............................................................................................................................................. 118

6.3.1 AUSTORI O RADICI PARASSITE ............................................................................................ 122

6.4 FOGLIA ............................................................................................................................................. 122

6.4.1 FOGLIE AGHIFORMI (GIMNOSPERME) .............................................................................. 125

6.4.2 BRATTEA ...................................................................................................................................... 126

6.5 FIORE ................................................................................................................................................ 126

6.5.1 STAMI O MICROSPOROFILLI................................................................................................. 127

6.5.2 CARPELLI O MACROSPOROFILLI ........................................................................................ 128

6.6 SEME ................................................................................................................................................. 128

6.6.1 CICLO DELLE ANGIOSPERME ............................................................................................... 129

6.6.2 FORMAZIONE DEL SACCO EMBRIONALE ......................................................................... 131

6.6.3 GERMINAZIONE EPIGEA DEL SEME DI FAGIOLO .......................................................... 132

6.6.4 GERMINAZIONE IPOGEA DEL SEME DI PISELLO E DEL SEME DI MAIS ................. 133

6.7 FRUTTO ............................................................................................................................................ 134

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1. INTRODUZIONE ALLA BOTANICA

βοτάνη

La BOTANICA (dal greco = erba, pianta) è la disciplina della biologia che studia le forme

di vita del mondo vegetale (flora). I vegetali comprendono gli organismi unicellulari procarioti

(come i cianobatteri) fino ad organismi pluricellulari, anche di dimensioni enormi.

1.1 I VEGETALI

I vegetali sono esseri viventi incapaci di muoversi e mangiare, al contrario degli animali, i quali

sono esseri viventi che si muovono e mangiano. Le piante percepiscono, attraverso le radici,

variazioni ambientali esterne, modificando di conseguenza il proprio stato e comportamento.

VEGETALI ANIMALI

Organismi autotrofi (fotosintesi) Organismi eterotrofi (autogestione)

Organismi sessili (mobilità limitata a gameti, Organismi solitamente vagili

spore e semi)

Sviluppo delle superfici esterne (radici e foglie) Sviluppo delle superfici interne (intestino,

polmoni, reni…)

Accrescimento indefinito Accrescimento finito

Nessun sistema nervoso centrale Sistema nervoso centrale

Circolazione aperta Circolazione chiusa

Ectotermia Ectotermia o endotermia

Esistono delle piante in grado di regolare la propria temperatura. Una di queste piante è la Arum,

formata da:

• un’infiorescenza centrale, detta spadice, che nella sua parte basale presenta:

o nella parte più alta, fiori femminili sterili, i quali hanno un loro stilo che protrude verso

l’esterno, formando della “peluria” rigida;

o nella zona intermedia, fiori maschili che produrranno il polline;

o nella zona terminale, fiori femminili, i quali maturano prima di quelli maschili.

• detta spata, che avvolge l’infiorescenza.

una brattea,

Lo spadice va ad aumentare la propria temperatura, richiama i moscerini (impollinatori), i quali

scendono lungo la spata, attraversano i fiori sterili, arrivando sul fondo dell’infiorescenza con del

polline attaccato e andando a fecondare i fiori femminili. I moscerini, non riuscendo ad uscire

dall’infiorescenza, si nutrono con il nettare prodotto dalla pianta e tenuto al caldo, sino a quando i

fiori maschili non maturano, i quali producono polline: a quel punto i fiori sterili seccano e gli

insetti potranno uscire dalla pianta.

1.2 ORGANISMI STUDIATI DALLA BOTANICA

Gli organismi studiati dalla botanica appartengono a gruppi molto diversi tra loro. I cianobatteri

sono i più semplici organismi studiati dai botanici La botanica studia anche le alghe pluricellulari,

piante terrestri (briofite, pteridofite, gimnosperme, angiosperme), muschi, funghi, alcuni batteri e

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licheni. I licheni sono organismi colonizzatori simbionti derivanti dall’associazione di un

o un’alga verde (clorofita) e un fungo (in genere un ascomicete o un basidiomicete).

cianobatterio

I botanici studiano organismi che appartengono a diversi regni:

• cianobatteri, procarioti che appartengono al regno dei batteri;

• regno delle piante;

• regno dei protisti (protozoi);

• regno animale;

• funghi.

Più recentemente è stata proposta una nuova classificazione degli organismi viventi, che distingue

procarioti ed eucarioti; all’interno di questi ultimi si distinguono altri regni:

due super-regni,

• regno dei protozoi;

• regno degli animali;

• regno dei funghi;

• regno delle piante;

• regno dei cromisti.

Gli organismi vegetali possono essere:

• unicellulari;

• coloniali (più cellule indipendenti l’una dall’altra formano un organismo);

• pluricellulari;

• pluricellulari complessi (si distinguono tre organi fondamentali: radici, fusto e foglie);

• pluricellulari sempre più complessi (alle radici, al fusto e alle foglie si aggiungono altri organi

come il seme e il fiore).

1.3 PLANT BLINDNESS

l’incapacità di riuscire a vedere le piante; si verifica per due motivi:

Per plant blindness s’intende

• l’occhio

ragioni evolutive: umano è quasi incapace di vedere le piante (i nostri occhi riescono a

→ 40

6

raccogliere una quantità di informazioni pari a 10 Bit/sec Bit arrivano al nostro cervello

→ 16 Bit diventano consapevolezza;

• ragioni culturali.

1.4 IMPORTANZA DELLE PIANTE

Gran parte della società moderna è estraniata dal mondo naturale, infatti la popolazione che vive in

grandi città passa più del 90% del loro tempo al coperto, con contatti molto marginali con la natura.

L’uomo dipende dalle piante, in quanto esse sono fondamentali:

• a livello alimentare, in quanto provvedono alla maggior parte delle calorie e delle proteine nella

dieta umana (90% calorie, 80% proteine) e in quella degli animali di cui ci cibiamo:

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• a livello farmaceutico, come nel caso della morfina, un alcaloide narcotico ad analgesico,

proveniente dal papavero: l’uso prolungato di oppioidi influenza l’attività ed il numero dei

recettori dei neurotrasmettitori, determinando una dipendenza chimica;

• a livello industriale, in quanto le piante forniscono enormi quantità di materiali (10 tonnellate di

cellulosa all’anno). la fotosintesi produce annualmente 2850 × 10 6 tonnellate di amido,

utilizzato per produrre:

o alimenti e bevande (maionese, alimenti per bambini, pane, prodotti a base di carne,

pasticceria);

o alimenti per animali (scarti di prodotti alimentari);

o fertilizzanti (in campo agricolo);

o plastiche (plastiche biodegradabili);

o prodotti farmaceutici (capsule, eccipienti).

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2. ORIGINE, EVOLUZIONE E CLASSIFICAZIONE DELLE PIANTE

2.1 LA COMPARSA DELLA FOTOSINTESI

Il processo fotosintetico fa la sua comparsa circa 3,5 miliardi di anni fa, in cui determinati

organismi procarioti (fotosintetici), in grado di sintetizzare composti organici da sostanze

inorganiche semplici (anidride carbonica e acqua), sfruttarono l’energia solare attraverso il processo

della fotosintesi, da cui viene prodotto ossigeno libero. Originariamente, l’ossigeno prodotto è stato

implicato nei processi di ossidazione dei minerali terrestri, in particolare del ferro. Completato il

processo di ossidazione, l’ossigeno è stato successivamente accumulato nell’atmosfera (21%) e, di

conseguenza, ha favorito lo sviluppo di determinate cellule eucariotiche, le quali utilizzavano

l’ossigeno per svolgere la respirazione cellulare.

TEORIA DELL’ENDOSIMBIOSI

2.2

Le prime cellule eucariotiche sono comparse in conseguenza di una relazione simbiotica fra alcuni

Secondo la teoria dell’endosimbiosi, infatti, un determinato procariote, di

organismi procarioti.

maggiore dimensione, avrebbe inglobato all’interno di un fagosoma un α-proteobatterio, il quale,

nell’arco dei millenni, da simbionte è diventato un vero e proprio organello, il mitocondrio, che

conserva almeno in parte il proprio DNA (di tipo circolare).

Un secondo processo di endosimbiosi ha consentito la formazione delle prime cellule eucariotiche

vegetali, quindi autotrofe. In particolare, secondo questa teoria, una cellula eucariotica eterotrofa

avrebbe fagocitato un cianobatterio (fotosintetico), il quale, nel corso dei millenni, da simbionte è

diventato un vero e proprio organello, il cloroplasto. Le cellule eucarioti autotrofe ottenute