Tutti i concetti dell'esame di Botanica generale

NADPH.

Struttura e funzioni del cloroplasto

Il cloroplasto è un organulo presente nel citoplasma delle cellule vegetali, dalla forma di lente

biconvessa. Esso è costituito da una doppia unità di membrana, una esterna e una interna, che

delimitano una matrice contenente proteine, lipidi e pigmenti fondamentali per la fotosintesi.

All'interno del cloroplasto si trovano anche i nucleoidi, organuli semi-autonomi che contengono il

DNA necessario per la sintesi di proteine coinvolte nel processo fotosintetico. Il cloroplasto è in

grado di adattarsi alla luce, posizionandosi in modo diverso a seconda dell'intensità luminosa, e ha la

capacità di dividersi indipendentemente dalla divisione della cellula.

Tilacoidi e fotosintesi

I tilacoidi sono strutture presenti all'interno del cloroplasto, disposte in maniera precisa e distinguibili

in tilacoidi dei grana e tilacoidi intergrana. Essi sono costituiti da membrane che contengono proteine

e pigmenti, tra cui le clorofille e i carotenoidi, fondamentali per il processo di fotosintesi. I tilacoidi

sono in grado di formare dei dischetti ovoidali e di sovrapporsi tra loro, creando una struttura

complessa che permette di sfruttare al massimo la luce solare per la produzione di energia.

Pigmenti fotosintetici

I pigmenti fotosintetici sono sostanze presenti nello stroma delle piante e sono fondamentali per il

processo fotosintetico. I due principali pigmenti sono la clorofilla A e B, che si trovano in un rapporto

di 1 a 3 nelle piante più evolute. Inoltre, sono presenti anche i carotenoidi, divisi in due classi:

xantofille e caroteni. Anche in questo caso, il rapporto reciproco è di 1 a 3, con una maggiore

presenza delle xantofille. Questi pigmenti sono importanti perché catturano l'energia contenuta nelle

radiazioni luminose, necessaria per innescare il processo di ossidoriduzione dell'anidride carbonica

e la produzione di zuccheri.

Struttura del cloroplasto

Il cloroplasto è l'organulo deputato alla fotosintesi nelle piante. È composto da due membrane, una

esterna e una interna, e da un liquido chiamato stroma. All'interno dello stroma si trovano gli acidi

nucleici e gli ioni necessari per la sintesi della clorofilla, come potassio, manganese, calcio, sodio e

magnesio. Inoltre, possono essere presenti granuli di amido, ma solo in modo transitorio poiché

l'amido non può accumularsi all'interno del cloroplasto. Durante il processo fotosintetico, la luce

solare viene catturata dalle membrane tilacoidali, dove si trovano i pigmenti fotosintetici, e

trasformata in energia chimica.

Processo fotosintetico

La fotosintesi è il processo attraverso il quale le piante riducono l'anidride carbonica e producono

zuccheri. È divisa in due fasi: la fase luminosa, che avviene sulle membrane tilacoidali e richiede la

presenza di luce solare, e la fase oscura, che avviene nello stroma e non dipende dalla luce. Durante

la fase luminosa, l'energia luminosa viene catturata e trasformata in energia chimica, sotto forma di

ATP e NADPH. Questi composti vengono poi utilizzati nella fase oscura per organizzare l'anidride

carbonica e produrre zuccheri.

Luce solare

La luce solare è fondamentale per il processo fotosintetico poiché fornisce l'energia necessaria per

innescare le reazioni chimiche. È una radiazione elettromagnetica composta da diverse lunghezze

d'onda, che vanno da 400nm (violetto) a circa 700nm (rosso). Nelle piante, la luce viene catturata dai

pigmenti fotosintetici presenti sulle membrane tilacoidali dei cloroplasti. Per favorire un maggiore

assorbimento e un'efficienza del processo, le piante hanno sviluppato la coesistenza di diversi

pigmenti, come la clorofilla A, B, i carotenoidi e le xantofille.

Organizzazione delle piante a cormo

Le piante a cormo sono caratterizzate da una struttura composta da tre organi principali: radice,

fusto e foglie. Questa specializzazione morfologica porta ad una specializzazione funzionale, che può

dare origine a diversi tipi di tessuti. Tuttavia, tutti i tessuti passano attraverso una fase di crescita per

distensione, legata all'elasticità delle pareti cellulari. La specializzazione delle piante a cormo è

influenzata da diversi fattori, come l'effetto della gravità, della luce e della temperatura.

Funzioni dei tessuti nelle piante

I tessuti nelle piante svolgono diverse funzioni fondamentali per la crescita e lo sviluppo della pianta.

Tra queste, possiamo citare l'attivazione e la repressione di specifici geni, l'interazione tra le cellule, il

trasporto di segnali chimici tramite i plasmodesmi, l'interazione con fattori ambientali e la

specializzazione delle cellule in base alla loro posizione. I tessuti meristematici, in particolare, sono

responsabili della crescita in lunghezza e in diametro della pianta, mentre i tessuti tegumentali,

parenchimatici, conduttori, meccanici e secretori svolgono funzioni specifiche come la protezione, la

fotosintesi, l'assorbimento di acqua e sostanze nutritive, il trasporto della linfa, il sostegno strutturale

e la produzione di sostanze aromatiche.

Anatomia della radice

La radice è una parte fondamentale della pianta, responsabile della sua stabilità e dell'assorbimento

di acqua e sostanze nutritive dal terreno. La sua struttura è composta da diverse zone, tra cui la zona

terminale (o cuffia), che protegge la zona meristematica della radice, la zona di distensione, in cui le

cellule si allungano, la zona matura, in cui si trovano cellule specializzate, e la zona delle radici

laterali, dove si formano le radici secondarie. La radice è inoltre dotata di un apice radicale (RAM)

costituito da cellule meristematiche in grado di dividersi continuamente, e di un centro quiescente,

una popolazione di cellule che si dividono molto lentamente e che contribuiscono alla crescita della

radice.

Ciclo cellulare delle cellule meristematiche

Le cellule meristematiche sono le cellule iniziali della calibra, del cilindro centrale e del centro

quiescente, che hanno una durata differente del ciclo cellulare. Esso è composto da tre fasi: la

mitosi, che dura 2 ore, la mitosi che dura 8 ore e la fase G2 che dura 5 ore (accorciata per velocizzare

il processo). Per monitorare la durata del ciclo cellulare, si utilizza la timidina triziata (3HTdr) per la

sintesi di nuove molecole di DNA e l'uracina triziata per l'RNA. Le sezioni istologiche vengono

ottenute tramite l'utilizzo del microtomo e vengono trattate con una soluzione di xilene e paraffina

liquida, fino a quando non si arriva alla paraffina al 100%. Per visualizzare le cellule, si utilizzano sali

di bromuro di potassio, ioduro di potassio e nitrato d'argento, che reagiscono tra loro per formare un

composto chiamato alogenuro d'argento. Per accelerare il processo, i campioni vengono tenuti in

scatole istologiche avvolti in carta stagnola per 4 giorni a 30 gradi.

Centro quiescente

Il centro quiescente è un sito situato nella zona centrale distale dell'apice della radice, dove le cellule

sono bloccate nella fase presintetica del ciclo cellulare. Queste cellule hanno dimensioni variabili

durante l'ontogenesi (lo sviluppo della radice) e costituiscono una riserva di cellule diploidi (2n) che

possono sostituire le cellule iniziali dei meristemi danneggiate. Dopo la zona meristematica, le

cellule vanno incontro alla specializzazione e alla distensione cellulare. Si formano delle aree

chiamate schizogene, che si riempiono d'aria per favorire lo scambio di gas. Inoltre, si osserva un

notevole incremento di mitocondri e i proplastidi diventano amiloplasti.

Tessuto floematico-xilematico

Il tessuto floematico e xilematico sono specializzati in tessuti conduttori e derivano entrambi dal

procambio. La loro differenziazione dipende dalla loro posizione fisica. Il tessuto è composto da

elementi deputati al trasporto della linfa elaborata, chiamati tubi cribrosi. Le cellule del procambio si

differenziano in trachee e tracheidi, che cambiano durante le stagioni. In estate, le foglie crescono

più lentamente, mentre in inverno vanno in riposo. La differenziazione di questi tessuti si blocca e poi

deve essere completata in un tempo più breve. Questo processo è chiamato crescita primaria e

avviene nella zona di struttura primaria della radice. Inoltre, la radice cresce anche in diametro grazie

all'accrescimento secondario, che avviene grazie al meristema apicale della radice. Per determinare

l'accrescimento in diametro, si devono formare nuove cellule.

Accrescimento primario e secondario

L'accrescimento primario e secondario sono due modi in cui una pianta cresce, a seconda della

posizione dei meristemi. I meristemi apicali si trovano alle estremità delle radici più sottili e nelle

gemme dei germogli, e producono nuove cellule che fanno crescere in lunghezza radici e ramoscelli.

Questo processo è chiamato accrescimento primario e permette alle radici di crescere e ramificarsi

nel terreno, e ai giovani germogli di svilupparsi e ramificarsi verso l'alto. In alcune piante, come le

piante erbacee, si verifica solo l'accrescimento primario. Tuttavia, nelle piante legnose, si verifica

anche l'accrescimento secondario, che provoca l'ingrossamento di fusto e radici grazie all'attività dei

meristemi laterali.

Questi meristemi formano un cilindro che percorre tutta la lunghezza delle radici e dei fusti,

producendo nuove cellule sia verso l'interno che verso l'esterno. Quando compare il cambio

vascolare, l'accrescimento secondario ha inizio e si forma un anello che separa lo xilema (legno) dal

floema (libro). Le cellule del cambio continuano a riprodursi rapidamente, producendo legno verso

l'interno e libro verso l'esterno.

Struttura primaria della radice

La struttura primaria della radice è la forma iniziale di tessuto meristematico nelle piante, che

emerge dai tessuti embrionali. È costituita da diverse parti, tra cui il colletto, che unisce la radice al

fusto, l'epidermide o rizoderma che ha funzioni protettive, la corteccia o cilindro corticale, che è la

parte più estesa della radice e contiene strati di cellule parenchimatiche di riserva, e il cilindro

centrale o stele, che custodisce il sistema vascolare. Il cilindro centrale è formato da tessuto

parenchimatico e contiene il periciclo, importante per lo sviluppo delle radici laterali.

Cambio cribovascolare

Il cambio cribovascolare è un anello meristematico che si forma nella radice e produce tessuti

secondari, come il xilema e il floema. È costituito da cellule tondeggianti che, quando cambiano

morfologicamente, assumono una forma rettangolare e diventano meristematiche. Le cellule del

cambio hanno un duplice destino: quelle verso l'esterno formeranno gli elementi del floema, mentre

quelle interne formeranno gli elementi dello xilema. Il cambio è importante per la cresc