B
OTANICA APPLICATA ALL’ARCHITETTURA
LEZIONE 1 - INTRODUZIONE, LA CELLULA VEGETALE
L
’IMPORTANZA DELLE PIANTE PER GLI ESSERI VIVENTI
Piante come regolatrici del clima, elementi degli ecosistemi e del paesaggio, alimento, fabbisogni energetici, risorse
rinnovabili, medicine-spezie-cosmetici, equilibrio psichico, ornamento, contro l’inquinamento, fitobonifica, ma
produttori di allergeni.
L
’ORGANIZZAZIONE GERARCHICA DELLA VITA
Diversi livelli con cui è organizzata la materia vivente. Atomi, molecole e complessi molecolari (insiemi di molecole).
Cellule (le unità fondamentali della vita). Tessuti (gruppi di cellule simili che lavorano insieme), Organi (come il cuore
o i polmoni), Sistemi (insiemi di organi che svolgono una funzione, come il sistema respiratorio).
Infine, ci sono ilivelli ecologici, che studianola vita nell’ambiente: Organismo (un singolo essere vivente),
Popolazione (tutti gli organismi della stessa specie in una certa zona), Comunità o biocenosi (tutti gli esseri viventi in
un ambiente), Ecosistema (gli esseri viventi più l’ambiente fisico), Bioma (insieme di ecosistemi simili), Biosfera o
ecosfera (tutta la vita presente sulla Terra).
M
ODULARITÀ DEGLI ORGANISMI
L’evoluzione degli esseri viventi è collegata al concetto dimodularità.
Questo principio significa che le diverse parti di un organismo possono modificarsi e specializzarsi nel tempo senza
danneggiare il funzionamento dell’intero sistema; conservando le funzioni già acquisite e, allo stesso tempo, ad
adattarsi ai cambiamenti. Questo favorisce diversificazione delle specie e adattamento all’ambiente.
E
VOLUZIONE E FILOGENESILo studio dell’evoluzionedegli esseri viventi si basa anche sull’analisi dell’albero
filogenetico. Strumenti digitali come iTOL (InteractiveTree Of Life), è possibile visualizzare questa complessa rete di
relazioni tra i principali gruppi viventi: eucarioti, archaea e batteri, ognuno con le proprie ramificazioni evolutive.
M
ETODI PER CONOSCERE LE PIANTESi parte dall’analisimicroscopicae ultramicroscopica, dove si possono
esaminare le cellule vegetali e i loro organuli, come i cloroplasti, con la loro struttura interna complessa. Si arriva poi
a osservare l’intera pianta e perfino interi ecosistemi, come le foreste, visibili a occhio nudo o analizzabili con
strumenti avanzati, come i sensori satellitari. Per studiare le piante si usano diverse tecniche, ognuna con un
diverso livello di dettaglio. Tra queste ci sono: le analisi chimico-molecolari, la microscopia,osservazionediretta.
L
’ORGANIZZAZIONE CELLULARE DEI VEGETALILe piantesono fatte dacellule organizzatein modo molto
efficiente. Questa organizzazione serve a facilitare gli scambi con l’ambiente, come l’assorbimento di acqua e
sostanze nutritive e l’eliminazione dei rifiuti. Per funzionare bene, le cellule devono avere molta superficie rispetto al
loro volume. Questo vale non solo per le cellule, ma anche per gli organi e le loro parti interne. Più è grande la
superficie, più facile è per la cellula scambiare ciò che le serve con l’ambiente.
L
A CELLULA VEGETALEcomposta da unaparetesemirigida,che ne determina la forma, e dal
protoplasto(citoplasma+nucleo). Ilcitoplasmaincludevari organuli(mitocondri,ribosomi) cellulari sospesi nel citosol e
sistemi di membrane interne. Nelle cellule vegetali adulte è presente generalmente una grande cavità, detta
vacuolo, contenente una soluzione acquosa(immagazzinanutrienti e isola materiali dannosi, regola la pressione).
Infine unnucleocontenente il nucleolo e delimitatodall’involucro nucleare.
L
A PARETE CELLULARELa parete cellulare è una strutturarigida e resistente che si trova all’esterno della
membrana cellulare nelle cellule vegetali. La sua funzione è proteggere la cellula, darle forma, impedirle di rompersi
quando assorbe troppa acqua, mantenerla stabile e tenerla unita alle altre cellule. Grazie alla parete cellulare, le
piante possono stare dritte anche senza ossa o muscoli.
Questa parete è formata soprattutto da cellulosa, una sostanza zuccherina che forma fibre robuste. Oltre alla
cellulosa, ci sono anche altre sostanze come pectine, emicellulose e, in alcuni casi, lignina, che rendono la parete
ancora più forte. La parete cellulare si divide in tre strati:
Lalamella medianaè il primo strato che si forma,e si trova tra due cellule vicine. È fatta di pectine e funziona come
una specie di “colla” che tiene unite le cellule vegetali.
Laparete primariasi forma subito dopo e circondaogni singola cellula. È sottile, flessibile e permette alla cellula di
crescere. È composta da cellulosa, pectine e altre sostanze. Si trova in tutte le cellule giovani e in qualche adulta.
L
aparete secondaria, invece, si forma solo quando la cellula ha smesso di crescere. È molto più spessa e rigida, ed
è rinforzata da lignina, una sostanza che rende il legno duro. Serve per rendere la cellula più resistente,
specialmente nelle parti della pianta che devono sostenere peso, come i tronchi.
M
ODIFICAZIONI DELLA PARETE CELLULAREpossono subiretrasformazioni chimico-fisiche per adattarsi a
diverse funzioni:
Lignificazione:deposizione di lignina, che rendela parete resistente, impermeabile e protettiva.
Suberificazione:deposito di suberina, che impermeabilizzae isola termicamente (es. nel sughero).
Cutinizzazione e cerificazione:rivestimento con cutinae cere per ridurre perdita d’acqua e proteggere da raggi UV.
Mineralizzazione:accumulo di silice o carbonato dicalcio per rinforzare la parete (es. in equiseti e graminacee).
Gelificazione e pigmentazione:aumento di pectinee mucillagini per trattenere acqua e proteggere, e accumulo di
pigmenti nei semi.
C
LOROPLASTI E FOTOSINTESIIcloroplastisono struttureverdi che si trovano nelle cellule, soprattutto in foglie.
Dentro i cloroplasti avviene la fotosintesi, il processo con cui si usa la luce del sole per produrre zuccheri (cioè
energia) partendo da acqua e anidride carb. Durante la fotosintesi viene anche prodotto ossigeno, viene rilasciato.
P
ROPRIETÀ DELLA LUCE E FOTOSINTESILalucedel soleè fatta da diversi colori, come quelli dell’arcobaleno.
Le piante usano soprattutto la luce rossa e quella blu per fare la fotosintesi. La luce verde invece viene riflessa, e
per questo le foglie ci appaiono verdi. La luce fornisce l’energia necessaria per avviare la fotosintesi.
P
IGMENTI FOTOSINTETICIIpigmentisono sostanze colorateche assorbono un determinato colore di luce(⋌).
Nelle piante i principali pigmenti sono: clorofilla a (verde scuro), clorofilla b (verde chiaro) e i carotenoidi (arancioni e
gialli). Questi pigmenti assorbono l’energia della luce per usarla nella fotosintesi.
M
OLECOLA DI CLOROFILLALa molecola diclorofillahauna parte centrale chiamataanello porfirinico, che
cattura la luce, e un atomo di magnesio al centro. Ha anche una lunga coda fatta di atomi di carbonio. Questa
molecola si trova nei cloroplasti.
F
ASI DELLA FOTOSINTESI2 fasi: La prima è la faseluminosa, che avviene nei tilacoidi e serve luce. In questa
fase si produce energia (ATP e NADPH) e si libera ossigeno. La seconda è lafase oscura o ciclo di Calvin,che
avviene nello stroma e non richiede luce diretta. Qui si usano l’ATP, il NADPH e la CO₂ per produrre zuccheri.
P
IANTE C4 E ANATOMIA DI KRANZAlcune piante, comeil mais o la canna da zucchero, fanno una fotosintesi
speciale chiamata C4. Questa le aiuta a vivere bene in luoghi caldi e secchi. Le piante C4 separano fisicamente le
due fasi della fotosintesi in cellule diverse, per usare la CO₂ in modo più efficiente.
M
ITOCONDRI E TEORIA ENDOSIMBIONTICAL'origine deimitocondri è spiegata dalla teoria endosimbiotica: circa
1,5-2 miliardi di anni fa, una cellula eucariote primitiva ha inglobato una batteria aerobia (capace di usare ossigeno
per produrre energia). Questa simbiosi ha permesso alla cellula di ottenere energia in modo più efficiente, e col
tempo il batterio è diventato il mitocondrio, un organello interno essenziale per la respirazione cellulare.
A
MIDO AMILOSIO E AMILOPECTINAL’amidoè una sostanzache le piante usano per conservare energia. È
formato da due tipi di catene di zuccheri: l’amilosio, che è una lunga catena senza ramificazioni, e l’amilopectina,
che è una catena ramificata. Entrambe sono fatte da tante unità di glucosio.
G
RANULI DI AMIDOL’amido si accumula dentro le cellulesotto forma di granuli solidi. Questi granuli si trovano nei
cloroplasti (di giorno) oppure in altre parti della pianta, come radici o semi. Se si osservano al microscopio con lo
iodio, diventano di colore blu-nero.
C
ROMOPLASTIIcromoplastisono plastidi colorati nonfotosintetici, presenti soprattutto in fiori e frutti. Hanno la
funzione di conferire colorazioni gialle, arancioni e rosse, servendo ad attrarre impollinatori e animali frugivori
(funzione vessillare). Contengono pigmenti come carotenoidi (β-carotene e licopene) e xantofille. Possono formarsi
direttamente da proplastidi oppure derivare da cloroplasti, ad esempio durante la maturazione del frutto. I pigmenti
si accumulano in forme diverse: globulari (gocce lipidiche), fibrillari (filamenti), cristallini (cristalli visibili) e
m
embranosi (associati a membrane interne). Esempi tipici di cromoplasti si trovano nella calendula (fiori gialli), nel
pomodoro (frutto rosso) e nel peperone (frutto con cromoplasti membranosi).
V
ACUOLOgrande vescicola presente nelle cellule vegetalimature, delimitata da una membrana chiamata
tonoplasto. Contiene il succo vacuolare, una soluzione acquosa con pH acido (4.5–6.5). Le sue funzioni principali
includono la regolazione dell'omeostasi cellulare, l'accumulo di ioni, pigmenti, metaboliti e prodotti di difesa, la
detossificazione, la degradazione di sostanze grazie alla presenza di enzimi come le idrolasi acide, il mantenimento
del turgore cellulare fondamentale per forma e crescita e l'aumento del volume cellulare senza accrescere troppo il
citoplasma.
C
ONTENUTI DEL SUCCO VACUOLARESi trovanopigmenticome antociani (colori rosso-viola-blu variabili col
pH), flavonoidi (flavoni e flavonoli, gialli o avorio) e tannini (marroni o nerastri, con effetto astringente e protettivo).
Sono presenti anchesostanze di riservacome zuccheri(glucosio e saccarosio, es. in barbabietola e canna da
zucchero) e fruttani come l’inulina, un polisaccaride non amilaceo che abbassa il punto di congelamento ed è adatto
ai diabetici; lesostanze di difesatroviamo alcaloidi(es. papaverina, efedrina), glucosidi cianogenetici (es.
amigdalina nelle mandorle amare, che libera acido cianidrico), glucosinolati (presenti nelle Crucifere, producono
sostanze tossiche per gli insetti come nella senape) e terpeni (composti aromatici e volatili come gli oli essenziali del
rosmarino, utili per attrarre impollinatori). Sono inoltre presenti cristalli di ossalato di calcio in forma di druse
(aggregati sferici) o rafidi (aghi). Altri contenuti includonoioni inorganici(K⁺, Ca²⁺, Cl⁻, PO₄³⁻),acidi organici(malico
in Malus, citrico in Citrus, tartarico in Vitis vinifera),aminoacidicome arginina, lisina, istidina ed enzimiidrolitici, utili
soprattutto nei semi in germinazione per digerire le riserve.
LEZIONE 2_I TESSUTI
E
VOLUZIONE DEGLI ORGANISMI DAL MEZZO ACQUATICO A QUELLO TERRESTREGli organismi sono
passatidall’acqua alla terraadattandosi a condizionimolto diverse. In acqua, il sostegno e il nutrimento sono più
semplici, mentre sulla terra serve una struttura rigida per sostenersi, sistemi per conservare l’acqua e proteggersi
dalla luce solare. Questa evoluzione ha portato a modifiche nei tessuti e negli organi per sopravvivere fuori
dall’acqua.
L
A STRUTTURA DEL CORMOè la parte principale dellepiante vascolari, formato da radici, fusto e foglie. Queste
parti lavorano insieme per assorbire acqua e nutrienti, sostenere la pianta e fare la fotosintesi. La struttura è
organizzata in tessuti specifici che permettono la crescita, il trasporto e la protezione.
C
ONTROLLO DELL’ACCRESCIMENTO CELLULAREL’accrescimentodelle cellule nelle piante è regolato da
segnali chimici e fisici che indicano quando e dove devono dividersi o allungarsi. Questo controllo è fondamentale
per formare organi corretti e mantenere l’equilibrio tra crescita e differenziamento.
T
OTIPOTENZA DELLE CELLULE VEGETALILe cellule vegetalihanno la capacità di trasformarsi in qualsiasi altro
tipo di cellula della pianta, una proprietà chiamatatotipotenza. Questo significa che possono rigeneraretessuti o
intere piante, rendendo le piante molto adattabili e capaci di ripararsi.
D
IFFERENZIAMENTO CELLULARE E RUOLO DEI MERISTEMILecellule nascono uguali ma poi diventano
specializzate (differenziamento) per svolgere compiti diversi. Imeristemisono gruppi di cellule indifferenziateche
restano sempre giovani e permettono la crescita continua della pianta, producendo nuove cellule che poi si
differenziano.
M
ERISTEMI PRIMARI: FUNZIONI E LOCALIZZAZIONEI meristemiprimari si trovano nelle punte di radici e
germogli. Sono responsabili della crescita in lunghezza della pianta, producendo nuove cellule che permettono allo
stelo e alle radici di allungarsi.
M
ERISTEMI SECONDARI: STRUTTURA E FUNZIONEI meristemisecondari si trovano lungo il fusto e nelle radici
mature. Sono responsabili della crescita in spessore, cioè aumentano il diametro della pianta, permettendo la
formazione di tessuti di sostegno e trasporto.
T
ESSUTI TEGUMENTARIItessuti tegumentali: rivestonoesternamente le piante e servono per proteggerla
dall’ambiente, a evitare la perdita d’acqua, a difendersi dagli agenti patogeni e a regolare gli scambi con l’esterno.
Sono formati principalmente da cellule vive o morte a seconda della loro posizione e funzione.
L
’EPIDERMIDE E I SUOI ANNESSIL’epidermideè un tessutotegumentario, è il più esterno, formato da un singolo
strato di cellule vive, appiattite e prive di cloroplasti. Spesso è ricoperta da una cuticola cerosa che limita la perdita
d’acqua. Gli annessi epidermici(stomietricomi) sonostrutture specializzate che derivano dall’epidermide.
S
TOMI E CELLULE STOMATICHEGlistomisono aperturepresenti sull’epidermide, formati da due cellule
stomatiche che si aprono e si chiudono per regolare lo scambio di gas (come ossigeno e anidride carbonica) e la
traspirazione. Le cellule stomatiche contengono cloroplasti e sono sensibili alla luce e all’umidità.
T
RICOMI DI RIVESTIMENTOItricomi di rivestimentosono peli semplici, formati da una o più cellule, che servono a
proteggere la pianta dal calore, dagli insetti e a limitare la perdita d’acqua. Possono essere rigidi o morbidi, corti o
lunghi, e si trovano sull’epidermide di foglie, steli e frutti.
T
RICOMI GHIANDOLARI E SPECIALIZZAZIONIItricomi ghiandolarisono particolari peli epidermici che
producono e secernono sostanze come oli essenziali, resine o enzimi. Hanno funzioni difensive o attrattive per
insetti utili. Alcuni tricomi sono specializzati in compiti specifici, come quelliurticantiovischiosi.
I
L RIZODERMA E I PELI RADICALIIlrizodermaè il tessutoepidermico della radice, privo di cuticola e
specializzato nell’assorbimento di acqua e sali minerali. Da alcune sue cellule si sviluppano i peli radicali, sottili
estensioni cellulari che aumentano la superficie assorbente della radice.
E
SODERMA E ENDODERMA DEL RIZODERMAL’esodermaè uno strato di cellule che si sviluppa sotto il
rizoderma e contribuisce a proteggere la radice. L’endodermaè uno str
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