Biologia e fisiologia vegetale

BIO E FISIO

VEGETALE 1

INDICE

Parte 0: Introduzione pag 2-3

Parte 1 : Cellula procariote e cellula eucariote da pag 4 a 26

●​ Citologia e ultrastruttura

●​ Membrane biologiche

●​ Organuli cellulari

●​ Mitosi e meiosi

Parte 2: Istologia: Tessuti Vegetali da pag 26 a 34

●​ Meristemi primari e secondari

●​ Tessuti tegumentali, parenchimatici, meccanici, conduttori e secretori

Parte 3 : Anatomia delle Piante da pag 34 a 51

●​ Struttura del fusto e della radice

●​ Morfologia della foglia

●​ Il fiore e la riproduzione

●​ Il frutto e la germinazione del seme

Parte 4: Riproduzione delle Piante da pag 51 a pag 55

●​ Riproduzione sessuata: doppia fecondazione

●​ Riproduzione agamica e micropropagazione

●​ Propagazione vegetativa in Vitis vinifera

Parte 5: Fisiologia Vegetale da pag 55 a 73

●​ Fotosintesi C3, C4 e CAM

●​ Bilancio idrico e traspirazione

●​ Fitormoni: caratteristiche principali

Ultima parte: Esercitazioni di Laboratorio pag 73 a 75

●​ Esame di preparati isto-anatomici

●​ Analisi di Vitis vinifera 2

INTRODUZIONE

Le piante sono molto importanti per il nostro pianeta in quanto vanno a produrre maggior

parte dell’ossigeno che respiriamo, producono energia chimica e producono molti composti

chimici utili.

Classificazione delle piante

1.​ Spermatofite (piante a seme)

○​ Angiosperme (Magnoliophyta): piante con fiori e frutti.

○​ Gimnosperme (Pinophyta): piante con semi nudi, senza fiori e frutti.

2.​ Pteridofite (Crittogame vascolari): piante senza semi che si riproducono per spore

(felci, equiseti, licopodi).

3.​ Briofite: piante prive di sistema vascolare (muschi, epatiche).

La vita è classificabile il 5 regni e tre domini; la pianta è un organismo eucariote

pluricellulare in grado di fare la fotosintesi, ha una parete cellulare con presenza di plastidi e

vacuoli con un ciclo vitale ad alternanza aploide diploide. Quando si parla di pianta si parla di

cellula , in particolare di cellula vegetale. La cellula è l’unità fondamentale degli organismi

viventi. Queste nascono, si nutrono, si riproducono e muoiono e hanno diverse funzioni sia

strutturali che per la crescita. Si distinguono due tipi di cellule: la cellula procariote (cellula

dei microrganismi come batteri) e la cellula eucariote (cellula vegetale). Le due tipologie si

distinguono per la parete cellulare in quanto i procarioti la possiedono ed è formata da

peptidoglicano mentre gli eucarioti non è sempre presente e se fosse presente non è formata

da peptidoglicano (la forma della cellula è mantenuta dai componenti) ; il nucleo non è

presente nella cellula procariote è presente un singolo cromosoma mentre negli eucarioti è

presente e all’interno troviamo i cromosomi. Gli eucarioti presentano il citoscheletro e i

procarioti no. Per quanto riguarda gli organuli i procarioti non li possiedono, mentre gli

eucarioti hanno mitocondri e plastidi (non tutti alghe piante protozoi).

La compartizione interna della cellula è importante per i processi biologici, maggiori

superfici di scambio e maggior numero di enzimi. Le cellule procariote sono più semplici,

prive di nucleo e organuli, con DNA circolare e divisione per scissione binaria.

Le cellule eucariote sono più grandi e complesse, con nucleo, organuli e divisione per mitosi

o meiosi.

I procarioti sono per lo più unicellulari, mentre gli eucarioti possono formare organismi

pluricellulari con tessuti specializzati.

Come si è evoluta la cellula eucariotica?

Le cellule eucariotiche (quelle con un nucleo, come quelle delle piante e degli animali)

derivano da cellule più semplici chiamate procarioti (batteri). Questo è avvenuto in due

modi: 3

→

1.​ Invaginazione della membrana Alcune cellule procariotiche hanno ripiegato la

loro membrana esterna verso l’interno, formando strutture come il nucleo e il reticolo

endoplasmatico. Questo ha permesso di separare meglio le funzioni della cellula.

→

2.​ Endosimbiosi Alcune cellule hanno inglobato batteri senza digerirli (fagocitato).

Questi batteri sono diventati:

○​ →

Mitocondri Forniscono energia alla cellula.

○​ →

Cloroplasti (nelle piante) Permettono la fotosintesi.

infatti :

●​ Mitocondri e cloroplasti hanno un loro DNA (come i batteri).

●​ Si riproducono da soli, con lo stesso metodo dei batteri.

●​ Hanno ribosomi simili a quelli dei batteri.

Perché si sono formati gli organismi pluricellulari? Inizialmente, tutte le forme di vita

erano unicellulari (composte da una sola cellula). Poi alcune cellule hanno iniziato a unirsi e a

lavorare insieme, formando organismi pluricellulari. Questo ha portato:

Vantaggi

●​ Le cellule possono specializzarsi (es. alcune per la fotosintesi, altre per il trasporto di

acqua).

●​ Gli organismi sono più resistenti e possono vivere più a lungo.

●​ Possono competere meglio per risorse come luce e nutrienti.

Svantaggi

●​ È necessario un sistema per trasportare sostanze e informazioni tra le cellule.

●​ Se una parte dell’organismo si danneggia, può influenzare tutto il sistema.

→

Soluzione nelle piante Hanno sviluppato plasmodesmi, piccoli canali che collegano le

cellule e permettono loro di comunicare e scambiarsi sostanze.

Come si sono adattate le piante?

Le piante hanno sviluppato caratteristiche uniche per crescere e adattarsi all’ambiente:

→

Crescita indeterminata Le piante non smettono mai di crescere. Continuano a produrre

nuove foglie, radici e fiori per tutta la vita.​

→

Totipotenza cellulare Se una parte della pianta viene tagliata, alcune cellule possono

trasformarsi e rigenerare l’organo perso.​

→

Plasticità fenotipica Le piante cambiano forma e crescita in base all’ambiente (ad

esempio, le foglie possono essere più grandi in zone d’ombra per catturare più luce). 4

La cellula eucariotica si è evoluta da cellule più semplici, portando alla formazione di

organismi complessi. Le piante, in particolare, hanno sviluppato strategie uniche per crescere,

adattarsi all’ambiente e sopravvivere.

Parte 1

CELLULA VEGETALE

La classificazione dei viventi si basa su una distinzione fondamentale tra procarioti, organismi

privi di nucleo, ed eucarioti, che invece possiedono un nucleo ben definito. Questa differenza

è considerata più significativa rispetto alla suddivisione tra gruppi diversi di eucarioti, come

animali e piante.

Con il progresso delle conoscenze, molti studiosi hanno proposto di suddividere i viventi in

tre domìni, riconoscendo la grande diversità tra i procarioti. I tre gruppi principali sono

Bacteria, che comprende i batteri comuni, Archaea, che include organismi capaci di vivere in

ambienti estremi e con caratteristiche uniche, ed Eukarya, che comprende tutti gli organismi

con cellule più complesse, come animali, piante, funghi e protisti.

Nonostante questa suddivisione, la classificazione tradizionale fa ancora riferimento a cinque

regni, in cui i procarioti sono riuniti nel regno Monera, mentre gli eucarioti si suddividono nei

regni Protisti, Funghi, Piante e Animali. Tuttavia, il regno dei protisti viene spesso

considerato poco omogeneo, poiché raccoglie organismi molto diversi tra loro, come alghe,

protozoi e organismi fungoidi. Per questo motivo, molti studiosi preferiscono suddividerlo

ulteriormente in gruppi più specifici.

La classificazione dei viventi è dunque un campo in continua evoluzione, poiché i legami tra i

vari organismi non sono ancora del tutto chiari e la suddivisione in regni può cambiare con il

progresso delle conoscenze scientifiche.

I vegetali, o piante, sono organismi eucarioti, cioè con cellule dotate di nucleo, pluricellulari e

in grado di produrre il proprio nutrimento grazie alla fotosintesi. Sono principalmente

terrestri e hanno una parete cellulare rigida fatta di cellulosa, che li protegge e li mantiene

stabili.

Le piante si dividono in tre gruppi principali:

●​ Briofite (come i muschi)

●​ Pteridofite (come le felci)

●​ Spermatofite (piante con semi, tra cui alberi e fiori)

Il ciclo vitale delle piante è aplo-diplonte, il che significa che durante la loro vita alternano

due fasi: 5

1.​ Fase aploide (gametofito): la pianta produce cellule sessuali (gameti) che contengono

solo metà del DNA.

2.​ Fase diploide (sporofito): dopo la fecondazione, si forma una nuova pianta con un

corredo completo di DNA.

In parole semplici, la pianta cambia forma durante il suo ciclo di vita: una parte della vita

serve a produrre cellule riproduttive e un’altra parte serve alla crescita dell’individuo

completo.

Differenze tra piante e animali

in generale le cellule hanno la stessa struttura di base

Le piante sono autotrofe, cioè producono da sole il loro nutrimento grazie alla fotosintesi,

mentre gli animali sono eterotrofi, perché devono mangiare per ottenere energia.

Per sopravvivere, gli animali hanno bisogno di muoversi e sviluppare organi interni

complessi, mentre le piante, essendo fisse, hanno sviluppato radici, fusto e foglie per

assorbire acqua, luce e sali minerali.

Un’altra differenza è la crescita:

●​ Negli animali, la crescita avviene solo fino a un certo punto della vita e poi si ferma.

●​ Nelle piante, invece, la crescita è continua grazie a cellule speciali chiamate

meristemi, che permettono alla pianta di produrre sempre nuove parti.

Come sono organizzati gli esseri viventi?

La vita è organizzata in livelli, dal più semplice al più complesso. Tutto parte dagli atomi e

dalle molecole, che formano le cellule, l’unità base di ogni essere vivente. Alcuni organismi,

come le amebe, sono fatti di una sola cellula e riescono a vivere autonomamente, mentre

altri, come le piante, hanno molte cellule che collaborano tra loro.

Le cellule si uniscono per formare tessuti, che a loro volta creano organi come radici, fusto e

foglie. Questi organi insieme formano l’organismo completo.

Ogni volta che si passa da un livello all’altro emergono nuove proprietà che non esistono nei

livelli inferiori. Ad esempio, una cellula è più di un semplice insieme di molecole, così come

un organismo è più di un insieme di cellule. Queste caratteristiche vengono chiamate

proprietà emergenti.

La vita è costruita a livelli, dalle molecole fino agli organismi complessi, e ogni livello porta

con sé nuove funzioni grazie alla collaborazione tra le parti. 6

La Teoria cellulare afferma che tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule. Ogni

cellula deriva da una preesistente cellula. Ogni cellula è una unità organizzativa e autonoma.

​ ​ ​ ​ ​ Una cellula vegetale da un punto di

vista metabolico sono molto attive e

possono assumere funzioni di

fotosintesi (nelle foglie e nelle parti

verdi della pianta), funzioni di riserva

(accumulo di lipidi o amido) oppure di

conduzioneè costituita dal protoplasto e

dalla parete cellulare (rende la cellula

immobile). Il protoplasto è tutto il

contenuto del lume cellulare (cioè

l’insieme di citoplasma, nucleo e

vacuoli) e vi si comprende anche la

membrana citoplasmatica. Il citoplasma

è quella porzione del protoplasto contenuta all’interno della membrana plasmatica che

include organelli circondati da membrana (ad esempio cloroplasti e mitocondri), sistemi di

membrane (quali il reticolo endoplasmatico ed l’apparato di Golgi) e corpi sprovvisti di

membrana (ad esempio ribosomi, filamenti di actina e microtubuli). Il resto del citoplasma,

cioè la matrice in cui sono sospesi il nucleo, i vari organelli ed i sistemi di membrana, si

chiama citosol. Si tratta di una soluzione colloidale costituita da acqua, ioni, lipidi, proteine

enzimatiche e strutturali, zuccheri, nucleotidi, ormoni.

Superficie relativa : la divisione in cellule di un organismo fa si che ci sia una superficie

attraverso il quale possono avvenire gli scambi poiché se pensiamo ad un organismo

unicellulare ovviamente la superficie a disposizione è inferiore, quando una cellula cresce, il

suo volume aumenta più rapidamente della sua superficie. Ciò significa che la superficie

relativa (cioè il rapporto tra superficie e volume) diminuisce man mano che la cellula cresce.

Questo può diventare un problema perché una cellula più grande avrebbe più difficoltà a

trasportare materiali (come nutrienti e rifiuti) attraverso la sua membrana cellulare.

Soluzioni :

●​ Vacuolo centrale: Nelle cellule vegetali, la presenza di un vacuolo centrale grande

occupa gran parte del volume della cellula, lasciando meno spazio per il citoplasma.

Questo contribuisce a un "comparto" relativamente più piccolo per le reazioni

chimiche.

●​ Forma allungata o irregolare: Alcune cellule vegetali, come le cellule epidermiche o

quelle del tessuto conduttore (xilema, floema), hanno forme allungate o specializzate

che possono ottimizzare l'area di superficie per facilitare il trasporto di acqua, minerali

e altre sostanze. 7

●​ Micorrize e radici: La superficie di scambio nelle piante non si limita solo alle

cellule vegetali individuali. Le radici delle piante, ad esempio, possono sviluppare una

vasta area di superficie grazie a strutture come le radichette e i peli radicali, che

aumentano significativamente la superficie di contatto con il suolo per l'assorbimento

di acqua e nutrienti.

Differenze tra cellula vegetale giovane ed adulta

Le cellule vegetali giovanili sono più piccole, meno specializzate e si dividono rapidamente

per favorire la crescita. Hanno vacuoli piccoli, parete cellulare sottile e una forma semplice.

Le cellule vegetali adulte sono più grandi, specializzate per funzioni specifiche (come

fotosintesi o trasporto), con un vacuolo grande che occupa gran parte della cellula. La parete

cellulare è più spessa e rigida. La divisione cellulare è meno frequente.

Membrane biologiche

Le membrane sono presenti in tutte le cellule e sono fondamentali per la loro sopravvivenza.

A differenza della parete cellulare, che si trova solo nei procarioti e negli eucarioti come

piante, alghe e funghi, la membrana plasmatica è comune a tutte le cellule e rappresenta

una struttura indispensabile alla vita.

Le membrane possono essere di due tipi:

●​ Membrana esterna (plasmalemma): delimita la cellula e la separa dall’ambiente

esterno.

●​ Membrane interne: circondano gli organuli (come mitocondri e plastidi) e ne

regolano le funzioni.

Funzioni delle Membrane

Le membrane cellulari hanno diversi ruoli essenziali:

●​ Protezione e delimitazione: separano la cellula dall’ambiente esterno.

●​ Regolazione del trasporto: controllano il passaggio di sostanze in entrata e in uscita,

permettendo il transito solo a determinate molecole.

●​ Comunicazione cellulare: facilitano lo scambio di segnali tra l’interno e l’esterno

della cellula.

●​ Attività metaboliche: ospitano enzimi che svolgono reazioni chimiche essenziali.

●​ Produzione e immagazzinamento di energia: partecipano a processi come la

fotosintesi (nei cloroplasti) e la respirazione cellulare (nei mitocondri).

Le membrane biologiche sono strutture fondamentali e altamente conservate in tutte le

cellule viventi. La loro composizione e struttura sono simili in tutte le specie. Le membrane 8

appaiono al microscopio elettronico come una struttura "a sandwich", composta da due strati

proteici esterni e uno strato centrale di fosfolipidi.

Composizione

●​ Fosfolipidi: Sono i componenti principali della membrana. Ogni molecola di

fosfolipide ha una testa polare (idrosolubile) e due code apolari (idrofobiche). Questi

fosfolipidi si dispongono a doppio strato, con le teste idrofile verso l'esterno e le code

idrofobiche verso l'interno, formando una barriera semipermeabile.

●​ Proteine: Nella membrana ci sono due tipi di proteine:

1.​ Proteine integrali o transmembrana: Immerse nella struttura lipidica, con

regioni idrofobiche in contatto con il doppio strato lipidico e regioni idrofile

all'esterno della membrana. Sono spesso molecole anfipatiche.

2.​ Proteine periferiche: Legate debolmente alla superficie della membrana, non

attraversano il doppio strato.

●​ Carboidrati: Sono localizzati sulla superficie esterna della membrana e svolgono un

ruolo nel riconoscimento tra cellule (come il riconoscimento immunitario o la

comunicazione cellulare).

Struttura e fluidità

●​ Mosaico fluido: Il modello a mosaico fluido descrive la membrana come un doppio

strato lipidico fluido in cui le proteine "galleggiano" come tessere di un mosaico. Le

proteine possono spostarsi, rendendo la membrana dinamica. La fluidità della

membrana è essenziale per la sua funzione e dipende dalla composizione lipidica.Una

membrana troppo rigida o troppo fluida potrebbe compromettere funzioni vitali come

il trasporto, la comunicazione e la protezione della cellula.

La fluidità della membrana è influenzata dalla temperatura e dalla composizione dei lipidi. Gli

acidi grassi insaturi (tipici dei grassi vegetali) impediscono la solidificazione della

membrana, rendendola più fluida anche a basse temperature. Al contrario, gli acidi grassi

saturi (tipici dei grassi animali) fanno sì che la membrana si solidifichi a temperature più

elevate.

Permeabilità: La membrana cellulare è selettivamente permeabile, consentendo il

passaggio di alcune sostanze ma non di altre. Le molecole piccole e idrofobiche (come

ossigeno e anidride carbonica) attraversano facilmente il doppio strato lipidico, mentre le

molecole grandi e polari richiedono proteine di membrana per il loro trasporto.

Proteine di membrana

Le proteine di membrana sono suddivise in tre categorie principali:

1.​ Canali: Permettono il passaggio passivo di ioni. 9