Appunti Esame Biologia vegetale

BIOLOGIA VEGETALE

Prof. Enrico Rolli

Anno 2022/2023

Yasmine Oudades

BIOLOGIA VEGETALE Prof. Enrico Rolli 2022-2023

EVOLUZIONE DELLA VITA

Caratteristiche degli organismi viventi

Le principali caratteristiche degli organismi viventi sono: struttura, crescita, riproduzione, risposta agli

stimoli, metabolismo, movimento, complessità di organizzazione e adattamento all'ambiente.

Gli organismi vegetali più che gli animali hanno uno spiccato adattamento all'ambiente, non possono

spostarsi quindi hanno un metabolismo molto più complesso per adattarsi al posto in cui si sono generate.

Per esempio: una pianta di alta montagna o del deserto si adatta all’ambiente dove nasce, i cactus non

vivono sulle alpi

Le piante si muovono in modo molto lento, basta pensare alla loro crescita.

Sono arrivate a noi varie teorie sulla nascita delle piante; la complessità delle molecole chimiche presenti

nelle acque grazie all'energia hanno formato degli aggregati sempre più complessi che hanno iniziato a

creare delle prime forme di vita vegetali --> PROTOCELLULE

Dai fossili le prime forme di struttura vivente risalgono a 3,7 miliardi di anni fa, sono forme di vita

PROCARIOTICHE

Passando dalle molecole organiche alle strutture biologiche si sono riscontrati dei problemi, hanno la

necessità di formare un metabolismo, quindi serve energia. Possiamo dividere gli organismi in:

- ETEROTROFI sfruttano molecole organiche che a loro volta sfruttano molecole organiche già

presenti nell'ambiente

- AUTOTROFI usano sostanze inorganiche come ad esempio l'energia del sole, quindi sostanze che

sono illimitate

ALGHE AZZURRE

Le alghe azzurre appartengono ai procarioti e sono autotrofi, hanno iniziato ad usare l'energia del sole per

ottenere energia metabolica; la sostanza di rifiuto di questa conversione era OSSIGENO. Nel corso di milioni

di anni hanno iniziato ad espellere ossigeno e a creare un'atmosfera. Dallo studio delle rocce si sono resi

conto che l'ossigeno presente 1,8-1,9 milioni di anni fa era 1% di quella attuale.

La presenza di ossigeno ha portato allo sviluppo di altri modi di respirazione diversi e di vie metaboliche. Ha

portato alla formazione dell'atmosfera dove viviamo noi. L'ossigeno liberato fuori dall'acqua si è

accumulato vicino alla superficie fino a salire in alto, a questa distanza per una reazione chimica invece di

avere una molecola di O si trovava una molecola di O (ozono): uno scudo che ha protetto la terra dai raggi

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UV che la colpivano.

Gli organismi viventi senza qualcosa che li ripara non sono protetti; fino a quel tempo gli organismi erano

nell'acqua che proteggeva gli organismi, l'aver creato uno strato di ozono costante ha permesso di

proteggere le superfici terrestri e quindi gli animali, inizia la possibilità della vita sulle superfici terrestri

grazie ai cianobatteri. La vita è iniziata 450 milioni di anni fa.

Si sono, quindi, sviluppate vie metaboliche più complesse --> ciclo di Krebs

CIANOBATTERI

- sono dei procarioti, svolgono la fotosintesi quindi autotrofi (per questo al loro

interno hanno dei pigmenti CLOROFILLA “A”, CAROTENOIDI e altri) sono attaccate a

delle membrane non sono sparsi per la cellula.

- Hanno un sistema di membrane interne, tutte appiattite una sull'altra che formano

strati dove si trovano i pigmenti. Li vediamo ad occhio nudo perché molti di essi

secernano una sostanza viscosa, tipo una guaina esterna.

- Molti producono un involucro mucillaginoso che tiene unite diverse cellule; cellule hanno vita

indipendente e sono unite solo dalla parete o guaina

- Possono essere indipendenti o in simbiosi con altri organismi; vivono in acque dolci o salmastre

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- Hanno delle caratteristiche peculiare: a differenza dei comuni batteri si sono identificate cellule con

morfologia differenti; possono accumulare (sostanza di riserva) cianoficina, carboidrati e lipidi.

1. Gli ACINETI, ad esempio, hanno una parete molto spessa, sono

resistenti al calore ed al disseccamento (adattamento alle

condizioni estreme).

2. Gli ETEROCISTI hanno una parete inspessita, una morfologia

differente, appaiono vuote ma hanno un enzima all'interno che

per funzionare non deve avere ossigeno, questo enzima fissa

l'azoto atmosferico (inizialmente non c'era l'ossigeno! Quindi

veniva convertito) questo enzima NITROGENASI converte l'azoto

gassoso in ammonio, quindi, può facilmente entrare nel metabolismo.

Dal punto di vista della loro importanza

• Liberano ossigeno

• Sono alla base della catena alimentare di alcuni ambienti acquatici

• Alcuni producono tossine

• Producono della SPIRULINA, viene usata come integratore alimentare, non ha una valenza

farmaceutica.

• Alcuni sono noti per la loro tossicità, in certi laghi le acque assorbono colori particolari, come il

rosso, sono presenti dei cianobatteri che liberano tossine --> intossicazione sia per animali che per

uomo

La supremazia dei cianobatteri termina con lo sviluppo dei primi EUCARIOTI, complessità cellulare molto

più sviluppata di quella dei procarioti.

→Teoria endosimbiotica

Nelle cellule animali abbiamo i mitocondri che fanno la respirazione (teoria endosimbiotica), nelle cellule

vegetali eucariotiche abbiamo sia i MITOCONDRI che i CLOROPLASTI, quindi, ha subito 2 endosimbiosi.

Abbiamo quindi da un lato la FOTOSINTESI e poi anche la RESPIRAZIONE CELLULARE

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Cominciano a delinearsi le 3 strategie energetiche (per introdurre energia attraverso il cibo):

• FAGOTROFICA evoluzione di animali unicellulari e successivamente animali superiori

• SAPROTROFICA quella all’evoluzione dei funghi

→

• AUTOTROFICA acquistano cloroplasti evoluzione delle piante

Gli organismi fotosintetici hanno delle esigenze particolari:

1. anidride carbonica e ossigeno che circolano più liberamente nell'aria;

2. luce e sali minerali sono più abbondanti sul suolo, quindi, la superficie (fattore limitante)

3. l’acqua che è il fattore critico, i vegetali hanno bisogno di un costante reperimento di acqua

Gli organismi fotosintetici sviluppano, quindi, la capacità di

mantenere la loro posizione grazie a:

- Parete cellulare di cellulosa (resistenza meccanica)

→determina l’immobilità

- Strutture di ancoraggio al substrato (radici delle piante)

→funzione: ancoraggio, stabilità ma anche di assorbimento

delle sostanze nutrienti del suolo

- Tessuti di conduzione (sintesi di lignina) per mettere in

comunicazione le parti superiori (fotosintetizzanti → le

foglie) con quelle inferiori di sostegno (non fotosintetizzanti

→ il fusto) → estrema specializzazione delle funzioni.

Nelle parti esposte all’aria si sono sviluppati dei sistemi di protezione impermeabili: epidermide (impedisce

all’acqua di fuoriuscire dalle cellule) e cuticola (ulteriore strato idrofobico esterno all’epidermide) →

nell’epidermide vi sono delle aperture: stomi, i quali permettono il passaggio di acqua (impedito

dall’epidermide e dalla cuticola) -> l’acqua è fondamentale per far avvenire la fotosintesi.

In base all'ambiente in cui si sono evoluti, cambia il rapporto con l'acqua --> adattamenti morfologici e

funzionali:

• TALLOFITE, il corpo è definito tallo quindi l'acqua è in equilibrio statico (alga, il corpo è statico,

assorbe ed espelle in qualsiasi zona)

• CORMOFITE, il corpo è definito CORMO quindi l'acqua è in equilibrio dinamico (piante moderne, c'è

un equilibrio ma assorbe dalle radici ed espelle dalle foglie)

Adattamenti alle terre emerse anche per quanto riguarda la riproduzione:

• NELLE ACQUE, riproduzione tramite vari tipi di SPORE, spesso ciliate e dispersione mediante l'acqua

stessa

• SULLA TERRA, produzione di SPORE RESISTENTI al disseccamento che si sono poi evolute in

strutture pluricellulari nelle quali le cellule riproduttive venivano sempre più protette, strutture più

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complesse e grandi di dimensioni fino ad arrivare al SEME = organo che caratterizza le piante più

evolute

FUNGHI

I funghi sono organismi che non c’entrano nulla con le piante, per condizione

storica se ne occupano comunque i botanici o biologi.

Fino a qualche secolo fa gli scienziati non sapevano come inquadrare questi

organismi; quindi, c’era il REGNO DEGLI ANIMALI e il REGNO DELLE PLANTE. Tutto

quello che poteva muoversi nell’ambiente era considerato animale, mentre tutto

ciò che era immobile era considerato pianta. Per cui i funghi sono stati

storicamente legati alle piante.

Sono organismi UNI o PLURI cellullari, eucarioti, eterotrofi e anche ubiquitari si

trovano ovunque.

Hanno cellule dotate di parete cellulare, però la composizione è diversa da quella

delle piante e degli animali. Negli ultimi decenni la filogenesi (ovvero la

classificazione degli esseri viventi in un sistema organizzato, che un tempo veniva fatta seguendo l’analisi

morfologica o visiva, oggi si fa con tratti molecolari, quindi si usano caratteristiche del genoma per

classificare organismi viventi). Con queste ultime ricerche i funghi sembrano essere più correlati agli animali

che ai vegetali.

Con le piante hanno in comune solo il TIPO DI CRESCITA CELLULARE (è una cosa molto vaga)

Animali piante e funghi hanno dei progenitori in comune che però si sono separati in periodi molto antichi,

infatti costituiscono i 3 regni superiori, dato che si sono separati non sono legati in base a rapporti evolutivi.

ORGANIZZAZIONE CELLULARE

L’organizzazione cellulare dei funghi è completamente diversa da quella delle piante, perché la massa che

costituisce i funghi è formata da cellule chiamate IFE, una massa più o meno grande di ife è detta MICELIO

=> tubuli strettamente intrecciati che formano il corpo dei funghi (più o meno

grandi). Cellule caratterizzate da una membrana, all’esterno troviamo una parete,

mentre, all'interno della membrana troviamo il citoplasma, in base

all’organizzazione del citoplasma:

- IFE SETTATE, tubuli interrotti in modo continuo da setti trasversali (fanno

passare elementi per la comunicazione) non è costituita da più cellule ma

possono presentarsi vari casi. Ife polinucleate, ad esempio, hanno setti ma

all’interno dello spazio tra i vari setti ci sono uno o più nuclei oppure

mononucleate in cui due setti racchiudono la porzione di citoplasma in

→

due nuclei. (molto simile alla cellula eucariotica degli animali) FUNGHI SUPERIORI

- IFE NON SETTATE funghi più primitivi, con un unico tubolo pieno di citoplasma contenente vari

→

nuclei (non c’è separazione), cellule diffuse che condividono il citoplasma FUNGHI INFERIORI

Parete cellulare formata da un polimero organico, costituito da CHITINA, molecola appartenente al regno

animale (in quella vegetale troviamo la cellulosa). Un’altra caratteristica che li accomuna al regno animale è

il fatto che accumulano sostanze di riserva energetica, nelle piante è AMIDO, negli animali sono LIPIDI e

GLICOGENO, stessa cosa avviene con i funghi.

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NUTRIZIONE: tre tipi differenti (rapporti diretti con le piante)

• SAPROFITI= in un ambiente secernano enzimi che vanno a

degradare la sostanza organica, devono trovare sostanza già

preformata. Tramite gli enzimi rompono i legami che

caratterizzano sostanza organica, liberando molecole più

semplici (organiche) e vengono assorbite come nutrimento da

ife RIZOIDI (vanno a far parte del loro metabolismo). Ad

esempio, si ancorano al tronco delle piante ma lo fanno

degradare, in quanto assorbono tutti i suoi nutrimenti per farli

loro. Quindi degradano la sostanza organica costantemente.

Sono estremamente importanti in campo ecologico, se non ci

fossero i funghi tutta la sostanza organica presente negli

ambienti naturali si accumulerebbe, funghi e batteri degradano

la sostanza organica, fanno parte del ciclo del carbonio.

• PARASSITICO = funghi che si attaccano alle superfici di piante e animali;

alcune ife si attaccano e assorbono le sostanze, sono dei parassiti che

indeboliscono la pianta e possono essere estremamente dannosi per la

salute dell’ospite. Sono dotati di ife particolari dette AUSTORI, si

attaccano a piante o altri esseri viventi e assorbono le sostanze che

interessano dall'organismo ospite. Possono creare anche danni fisici e

implicazioni notevoli per la salute dell'ospite

• MUTUALISTICI= instaurano rapporti di simbiosi con altri organismi: alghe,

piante e animali. Si instaurano fisicamente o dentro il corpo ospite o sulla

superficie, prelevano dei metaboliti da parte dell’ospite ma allo stesso tempo

l'ospite ne ricava del giovamento (simbiosi) --> LICHENI (simbiosi tra funghi e

alghe)

TIPI DI FUNGHI

• INFERIORI: oomiceti, zigomiceti e chitridiomiceti

• SUPERIORI: ascomiceti e basidiomiceti

1. ASCOMICETI, estrema variabilità di forme e caratteristiche biologiche (muffe

e tartufi). Accumunati dalla presenza di ASCHI: tecnicamente sono definiti degli

sporangi, sono strutture tubulari che ad un certo punto della vita del fungo

producono spore, cellule con parete molto inspessita utili poi per la

riproduzione. Spore che possono rimanere vive con un metabolismo molto

rallentato, per mesi o per anni, quando le condizioni ambientali lo garantiscono

iniziano la mitosi e producono un nuovo MICELIO (elementi di dispersione e riproduzione del fungo.

Ci sono 3 classi (due sono lieviti) =

• LIEVITI, costituiti da due classi, SACROMICETI e SCHIZZOSACROMICETI. Il termine lievito non ha

valenza tassonomica, è un nome di comodo. Questi funghi sono una forma di crescita, funghi che

compiono la fermentazione alcolica. Sono particolarmente ricchi di vitamine B, amminoacidi e

proteine (consigliati come integratori) --> il più famoso è il LIEVITO DELLA BIRRA (in particolari

condizioni messo in un substrato ricco di glucosio in ambiente anaerobio, lo cattura scinde la

→

molecola e rilascia alcool etilico e CO fermentazione alcoolica). Sono funghi unicellulari sono

2

cellule singole che si riproducono o per GEMMAZIONE o SCISSIONE (da una cellula ad un certo

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punto per mitosi se ne producono due e così via) e vivono liberi per l’ambiente, generalmente

liquidi.

• ASCOMYCOTA ovvero gli ASCOMICETI veri e propri sono suddivisibili in tre generi = PENICILLIUM,

ASPERGILLUS e CLAVICEPS. Hanno il corpo formato da ife e quindi hanno il micelio vagamente

composto. I loro aschi, corpi fruttiferi, sono organizzati in forme caratteristiche, usate per

identificare i vari gruppi: CLEISTOITECIO, PERITECIO e APOTECIO ovvero dei sacculi formati da ife

all’interno dei quali sono presenti gli aschi, questi aschi che contengono le spore quindi materiale

deputato alla riproduzione vengono chiamati IMENIO FERTILE mentre i corpi fruttiferi vengono

chiamati SPORANGI. Dentro i sacculi troviamo le spore.

→ Del genere ASPERGILLUS:

1. oryzae: ottenuto per fermentazione (saké, soia);

2. flavus: muffe dei semi (cereali) piante destinate al consumo alimentare umano o

animale, patogeno dei semi. Problemi: se la spiga viene ammuffita non possiamo

ricavarci farina (perdita economica), pericolo anche per i danni alla salute umana e

animale, oltre a far marcire libera all'interno della pianta dei metaboliti chiamate

MICOTOSSINE (possiamo togliere la muffa ma queste rimangono, sono molto difficili

da degradare anche se vengono cotte, finiscono quindi nella catena alimentare, possono interagire sul

metabolismo animale su vari livelli). Questi funghi si stanno evolvendo e si stanno iniziando a trovare

ovunque, a causa anche del cambiamento climatico

3. Claviceps puruprea: infetta i semi dei cereali (segale) quando i semi sono ancora immaturi, i

chicchi infettati producono delle strutture nere che fuoriescono detti SCLEROZI, in inverno

sono strutture che danno solidità in primavera invece attaccano le culture, finiscono in mezzo

alle farine e creano il fenomeno dell'ERGOTISMO (si pensa che alcuni fenomeni storici siano

imputabili all'intossicazione di clavice) all'interno degli sclerozi troviamo LSD, ergotammina

(vasocostrizione, muoiono i tessuti ---> cancrena), ergometrina e ergotossina

→ Dal genere PENICILLIUM:

Sono muffe in grado di secernere nell'ambiente una sostanza in grado di interferire negativamente con la

crescita di molti batteri (produzione di penicillina, 1929) serve per curare le patologie di infezione. È usata

ancora ma con forme diverse, il nucleo di base è lo stesso poi viene modificata chimicamente per creare

penicilline diverse: EMISINTETICHE.

2. BASIDIOMICETI, sono i funghi più “iconici”, identificabili come funghi. Li possiamo

trovare in tanti ambienti ma generalmente li troviamo dove si può decomporre

sostanza organica, quindi boschi o ambienti umidi. Sono caratterizzati dalla presenza

di BASIDI, sono delle strutture formate da ife che ad un certo punto della vita del

fungo producono spore (come gli aschi).

A differenza degli aschi però che producono 8 spore, questi ne producono solo 4.

Numeri che interessano ai genetisti.

• →

I MICELI producono delle masse funghi chiamati corpi fruttiferi, insieme di vari tipi di micelio

che formano le varie parti del fungo. Le varie parti si differenziano per forma/funzione ma non

sono dei veri e propri tessuti; quindi, le ife possono si essere diversificate, ma non ci sono delle vere

e proprie specializzazioni dei tessuti. Per questo motivo li definiamo PSEUDOTESSUTI.

Caratterizzati da IFE SETTATE, possiamo trovare tre tipi di micelio:

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• MICELIO PRIMARIO che è costituito da ife aploidi, quello che si origina dalla germinazione delle

spore

• MICELIO SECONDARIO che non è diploide come gli organismi superiori, ma è costituito da ife

contenenti n+n quindi due corredi cromosomici ma separati

• MICELIO TERZIARIO cos