Biologia vegetale

Citologia

Cellula

Le dimensioni variano da 1 a 50 micron; è l'unità fondamentale di tutti i viventi.

Cellula eucariota

• Numerosi organuli
• Nucleo distinto avvolto da membrana
• Sistema di membrane con compartimentazione
• Vegetale o animale

Cellula animale

• Presenta: lisosomi, centrosomi, centrioli
• Non presenta: parete cellulare, plastidi, grandi vacuoli, perossisomi e gliossisomi

Cellula vegetale

• Presenta: grandi vacuoli, plastidi, parete cellulare
• Non presenta: ciglia e flagelli (tranne i gameti)

Cellula procariota

• Ribosomi 70S
• Membrana cellulare limitante
• Parete cellulare
• Capsula interna
• Ciglia e fimbrie
• Assenza di vera compartimentazione

Presentano entrambe (c. vegetale e c. animale): nucleo, citoplasma, REL, RER, ribosomi 80S, mitocondri, apparato del Golgi.

Strutture citologiche specifiche dei vegetali

I plastidi

Il cloroplasto è il plastidio più importante. Ai plastidi appartengono anche gli amiloplasti, che immagazzinano amido (amilosio) principalmente a livello di radici e tuberi, e i cromoplasti, che contengono pigmenti in grado di conferire a fiori e frutti la tipica colorazione arancione o gialla. I cloroplasti contengono il pigmento verde nonché gli enzimi e le altre molecole coinvolte nella realizzazione della fotosintesi, processo attraverso cui si realizza la produzione degli zuccheri. Sono presenti nelle foglie e in altri organi verdi delle piante. Il contenuto dei cloroplasti risulta separato dal resto del citoplasma da due membrane divise da un sottile spazio intermembrana. All'interno del cloroplasto si sviluppa un altro sistema di membrane formato da strutture a sacco appiattito interconnesse tra loro definite tilacoidi. I tilacoidi appaiono sovente impilati e ogni pila viene denominata granum (plurale grana). La matrice fluida presente al di fuori dei tilacoidi viene definita stroma e contiene il DNA del cloroplasto (circolare), i ribosomi e vari enzimi.

I perossisomi

Il perossisoma è un compartimento metabolico specializzato circondato da una singola membrana. I perossisomi sono quasi sferici e presentano spesso un core granuloso o cristallino che viene considerato come un complesso di molecole enzimatiche. Il loro nome deriva dalla capacità degli enzimi contenuti al loro interno di trasferire l'idrogeno presente in vari substrati legandolo all'ossigeno con la formazione di molecole di perossido di idrogeno. Alcuni perossisomi utilizzano l'ossigeno per scindere gli acidi grassi in molecole di dimensioni inferiori che, in seguito, possono essere trasportate ai mitocondri e utilizzate come combustibile per la respirazione cellulare. L'azione tossica di cui è dotato l'H₂O₂ che si forma nei perossisomi viene impedita dalla trasformazione di tale molecola in acqua, reazione chimica che si compie nei cloroplasti grazie all'intervento di specifici enzimi in essi contenuti.

I gliossisomi sono perossisomi specializzati che si trovano nei semi delle piante a livello dei tessuti di riserva, che costituiscono una sede di stoccaggio di sostanze lipidiche; contengono enzimi che determinano la trasformazione degli acidi grassi in zuccheri.

La parete cellulare

La parete cellulare protegge la cellula vegetale, mantenendo la sua tipica forma e impedendo un'eccessiva perdita di acqua dall'ambiente intracellulare. Le microfibrille costituite da cellulosa vengono sintetizzate da un enzima e secrete nello spazio extracellulare, dove vengono intrappolate in una matrice costituita da altri polisaccaridi e proteine. Questa combinazione di materiali, robuste fibre immerse in una matrice, presenta un'architettura analoga a quella del cemento armato. La costruzione della parete cellulare è complessa e avviene centripetamente a partire dalla lamella mediana (straterello pectico comune tra due cellule adiacenti), dapprima con uno strato pecto-cellulosidico (parete primaria), poi con deposizione di cellulosa a strati intrecciati (parete secondaria). Raggiunto un certo spessore di parete, la cellulosa può dare inizio a una impregnazione di lignina (sostanza di grande resistenza meccanica) che rende la struttura parietale rigida e modificata, denominata parete cellulare secondaria lignificata, o meglio che va a costituire il legno.

Il vacuolo

I vacuoli vegetali contribuiscono al mantenimento dell'omeostasi cellulare. Sono vescicole circondate da membrana (il tonoplasto) le cui funzioni variano nelle diverse tipologie cellulari. Le cellule vegetali e fungine, che di regola non sono dotate di lisosomi, presentano vacuoli in cui si realizzano i processi idrolitici. Il vacuolo centrale rappresenta di solito il compartimento di maggiori dimensioni all'interno di una cellula vegetale. Il vacuolo può contenere riserve di importanti composti organici e costituisce la sede principale di accumulo di ioni inorganici, come potassio e cloruro. Molte cellule vegetali utilizzano i propri vacuoli per immagazzinare composti metabolici che, qualora venissero dispersi nel citoplasma, potrebbero danneggiare la cellula. I vacuoli possono proteggere la pianta dall'aggressione dei predatori.

Istologia

L'istologia studia la morfologia dei tessuti. Le singole cellule di un tessuto stabiliscono tra loro comunicazioni plasmatiche mediante particolari strutture, i plasmodesmi, che si formano al momento della costruzione del setto di separazione tra due cellule in divisione. Nei vegetali superiori i plasmodesmi, attraverso opportune aperture della parete cellulare denominate punteggiature, permettono alla cellule di trasferire informazioni, nutrienti, acqua e quant'altro necessiti alla vita del tessuto.

• I veri tessuti presentano caratteri morfologici distintivi e specifici:
• La presenza di una lamella mediana che unisce le cellule contigue
• Una parete cellulare stratificata e sovente modificata
• La presenza di punteggiature che permettono l'unione dei plasmodesmi e lo scambio tra cellule vive
• La presenza di spazi intercellulari, al fine di permettere lo scambio gassoso anche in tessuti profondi

Alla base della struttura dei vegetali c'è il cormo, distinto in tre organi: foglie, fusto e radice, che a loro volta sono composti da un certo numero di tessuti, sia embrionali che adulti.

Tessuti meristematici embrionali

I tessuti meristematici embrionali si trovano già dai primi stadi di sviluppo embrionale e continuano la loro attività per tutta la vita della pianta, determinando la formazione del corpo primario, a seguito del differenziamento dei successivi tessuti. Le cellule meristematiche si dividono continuamente, rinnovando il meristema.

Meristemi primari

I meristemi primari sono responsabili dei processi che portano all'allungamento del corpo della pianta e si trovano soprattutto a livello degli apici del germoglio e della radice.

Meristemi secondari

I meristemi secondari si formano in un secondo tempo per ripresa della capacità di divisione da parte di determinati gruppi di cellule e vanno a costituire principalmente il corpo secondario della pianta. I tessuti adulti costituiscono la maggior parte del corpo di una pianta. I tessuti adulti derivano dal differenziamento, sia morfologico che funzionale, delle cellule meristematiche, che passano da una forma isodiametrica di pochi micron a differenti forme e dimensioni a seconda del tipo di tessuto.

Tessuti embrionali o meristematici

I meristemi sono responsabili dello sviluppo embrionale della pianta e dei suoi organi. Le funzioni di questi tessuti consistono nel dare origine a nuovi tessuti adulti, attraverso un'attività di divisioni cellulari, e nel mantenere cellule sempre in fase di divisione. Già a livello dell'embrione sono presenti due meristemi: uno all'apice della radice e uno all'apice del germoglio. Crescendo, l'embrione darà origine alla plantula e poi alla pianta adulta, che manterrà sempre attivi i due meristemi, che determinano l'allungamento in altezza della pianta. Una cellula meristematica presenta una forma isodiametrica, ha piccole dimensioni e non presenta spazi intercellulari. La parete cellulare è sottile e talvolta è formata dalla sola lamella mediana. Con la distensione, ottenuta aumentando il volume vacuolare, la cellula aumenta di dimensioni senza diminuire lo spessore della parete celluloso-pectica e, differenziandosi, si specializza a seconda del tessuto che andrà a formare. A livello della radice, il meristema apicale presenta un gruppo di cellule meristematiche iniziali, che sono protette da uno strato di cellule chiamato cuffia. Questo, per divisioni ineguali, forma altre cellule, che, differenziandosi, produrranno tutti i tessuti adulti della radice.

Meristemi secondari sono il cambio cribro-vascolare e il cambio subero-fellodermico. Questi meristemi hanno la funzione di contribuire alla crescita in spessore della pianta, in quanto producono il corpo secondario, di solito lignificato all'interno e rivestito di abbondanti tessuti di protezione all'esterno.

• Nel caso del cambio cribro-vascolare, le cellule del cambio producono cellule del xilema verso l'interno del fusto o della radice e cellule del floema verso l'esterno.
• Nel caso del cambio subero-fellodermico, il tessuto meristematico secondario produce un tessuto tegumentale, il sughero, verso l'esterno e un tessuto parenchimatico, il felloderma, verso l'interno.

Tessuti adulti o differenziati o definitivi

Le cellule adulte hanno dimensioni superiori a quelle embrionali, hanno forme molto variabili, contengono una quantità minore di citoplasma e presentano una marcata vacuolizzazione. I tessuti definiti si distinguono in primari e secondari in base alla loro origine (i primari dai meristemi primari e i secondari da quelli secondari).

Sistema tegumentale

È costituito da tessuti di protezione che rivestono tutta la superficie della pianta. La loro funzione principale è quella di limitare le perdite d'acqua dai tessuti sottostanti, ma anche quella di proteggerlo dall'attacco di agenti atmosferici e dall'attacco di parassiti. Del sistema tegumentale fanno parte tutti i tessuti esterni della pianta: l'epidermide, che avvolge tutto il corpo primario del fusto e della foglia; il rizoderma, che avvolge la struttura primaria della radice; l'esoderma, che sostituisce il rizoderma quando questo non è più funzionante. Oltre a questi tessuti c'è anche l'endoderma, che è un tessuto protettivo interno, costituito da cellule parzialmente suberificate e individuabile a livello della radice e di alcuni organi sotterranei, come i rizomi, e del sughero, che è una struttura più complessa, avente funzione di rivestimento del corpo secondario delle piante, all'aumentare della larghezza dello stesso. Tranne il sughero, che è un tessuto prodotto per attività del meristema secondario cambio subero-fellodermico, tutti gli altri sono tessuti di origine primaria, ovvero prodotti dai meristemi apicali.