Biologia Vegetale - Programma Completo

£APPUNTI DI BIOLOGIA

VEGETALE£

I ANNO CTF, UNIMI

AA. 2020/2021

ROCCO LA MARCA

Chimica e Tecnologie Farmaceutiche, UNIMI

0. INTRODUZIONE AL CORSO 5

0.1. RUOLI ECOLOGICI 5

0.1.1. IMPIEGHI ECONOMICI 5

0.1.2. C P 7

LASSIFICAZIONE DELLE IANTE

1. LA CELLULA VEGETALE 12

1.1.1.3.1. FITOSTEROLI 16

1.1.1.3.2. FONTI DI FITOSTEROLI 16

1.1.1.3.3. FUNZIONE DELLA MEMBRANA PLASMATICA 17

1.1.1.3.4. IL PLASMODESMA 17

1.1.1.3.5. ALTRI TIPI DI TRASPORTO 18

1.1.1.3.6. DIFFERENZA PARETE E MEMBRANA 18

1.1.1.4.1. FUNZIONI DELLA PARETE 19

1.2. PARETI E VACUOLI 21

1.2.1. PARETE CELLULARE 21

1.2.1.1.1. CELLULOSA 21

1.2.1.1.2. EMICELLULOSA 21

1.2.1.1.3. PECTINE 22

1.2.1.5.1. PLASMODESMI 24

1.2.1.5.2. BIOSINTESI DELLA CELLULOSA 25

1.2.1.5.3. LIGNINA 25

1.2.1.5.4. PROTEINE STRUTTURALI 26

1.2.1.5.5. PROTEINE ENZIMATICHE 26

1.2.2. INTERAZIONI DELLA PARETE 27

1.2.2.1.1. CUTINIZZAZIONE 27

1.2.2.1.2. MINERALIZZAZIONE 27

1.3. I V 28

ACUOLI

1.3.1. C 28

ONTENUTO DEL VACUOLO

1.3.2. R 29

UOLO STRUTTURALE DEL VACUOLO

2. ORGANIZZAZIONE DELLA PIANTA 31

2.0. O 31

VERVIEW

2.0.1. T 31

ESSUTI VEGETALI

2.1. T 31

ESSUTI VEGETALI ADULTI

2.2. I 32

L PARENCHIMA

2.2.2. P 34

ARENCHIMA CLOROFILLIANO

2.2.3. P 34

ARENCHIMA DI RISERVA

2.2.4. P 35

ARENCHIMA AERIFERO

2.2.5. P 36

ARENCHIMA ACQUIFERO

2.3. T 36

ESSUTI VEGETALI MECCANICI SEMPLICI

2.4. C 36

OLLENCHIMA

2.5. SCLERENCHIMA 37

2.5.1. L 38

OCALIZZAZIONE DEI TESSUTI MECCANICI SEMPLICI

2.6. T 38

ESSUTI VEGETALI COMPLESSI

2.6.1. S 39

ISTEMA VASCOLARE 1

2.7. FLOEMA ( LIBRO CRIBRO) 39

DETTO ANCHE O

2.7.1.1.1. T ( ) 40

UBO CRIBROSO ANGIOSPERME

2.7.1.1.2. P P 42

ROTEINA

2.8. X ( ) 42

ILEMA LEGNO

2.8.1. T T 42

RACHEIDI E RACHEE

2.8.2. L 43

IGNIFICAZIONE

2.8.3. DIFFERENZE XILEMA E FLOEMA 44

2.9. EPIDERMIDE 46

2.9.1. S 46

TOMI

2.9.2. P ( ) 47

ELI PROTETTORI PELI TEGUMENTARI

2.9.3. S 48

UGHERO

2.9.4. L 48

ENTICELLE

2.9.5. R 48

IZODERMA

2.9.6. P 49

ERIDERMA

2.10. TESSUTI SECRETORI 49

2.10.1. T 49

ESSUTI SECRETORI INTERNI

2.10.2. T 50

ESSUTI SECRETORI ESTERNI

2.10.2.1.1. H 51

ELIAMPHORA

2.10.2.1.2. D 51

ROSERA

2.10.2.1.3. D 51

IONEA MUSCIPULA

2.11. TESSUTI MERISTEMATICI 51

2.11.1. MERISTEMI 52

2.12. I M 54

ERISTEMI

2.12.1. M (SAM) 54

ERISTEMA APICALE DEL GERMOGLIO

2.12.2. D 57

ICOTILEDONI

2.12.3. M 58

ONOCOTILEDONI

2.12.4. MERISTEMI SECONDARI 59

2.12.5. SCORZA RITIDOMA ( ) 61

O CORTECCIA

2.12.6. FOGLIE 62

2.12.7. D 62

IFFERENZE TRA DICOTILEDONI E MONOCOTILEDONI

2.12.8. P ( ) 63

ICCIOLO NELLE DICOTILEDONI

2.12.9. G ( ) 63

UAINA NELLE MONOCOTILEDONI

2.12.10. N 64

ERVATURE

2.12.11. T 64

RICOMI

2.12.12. ABSCISSIONE FOGLIARE 65

2.13. APPARATO RADICALE 66

2.13.1. F 66

UNZIONI

2.13.2. CUFFIA RADICALE 67

2.13.3. C 69

OSA SUCCEDE IN UNA RADICE IN SEZIONE

2.14. RIPRODUZIONE NELLE PIANTE 70

2.14.1. RIPRODUZIONE VEGETATIVA (ASESSUATA) 70

2.15. FIORE ( ) 72

RIPRODUZIONE SESSUATA

2.15.1. G 73

RANULO POLLINICO

2.15.2. G 76

INECEO

2.15.3. O 77

VULO

2.15.4. DIVERSITA’ FLORALE 80

2.15.5. O 81

VARIO

2.15.6. SEMI 84

2.15.7. FRUTTI 89

2

3. BIOENERGETICA 92

3.0. I 92

L METABOLIOSMO DELLA PIANTA

3.1. R 93

ESPIRAZIONE CELLULARE

3.1.1. G 93

LICOLISI

3.1.2. RESPIRAZIONE AEROBICA 96

3.1.3. F 96

OSFORILAZIONE OSSIDATIVA

3.1.4. R 97

EAZIONI PECULIARI DELLA CELLULA VEGETALE

3.2. L 99

A FOTOSINTESI

3.2.1. P 99

LASTIDI

3.2.2. P 101

RIME OSSERVAZIONI STORICHE

3.2.3. L 102

E CLOROFILLE

3.2.4. C C 104

ICLO DI ALVIN

3.2.5. C H -S 105

ICLO DI ETCH LACK

3.2.6. ORMONI VEGETALI 107

3.2.6.1.1. C ’ ? 108

OM È STATA SCOPERTA

3.2.6.1.2. E 109

FFETTO DI RADICI TRATTATE CON AUXINA

3

Guida

Pagine dal libro

Gli appunti vanno integrati con queste pagine del libro “Biologia

delle Piante” (Rost, Barbour Stocking, Murphy) ZANICHELLI:

Unità 0 – Introduzione: pp. 1-32 (introduzione al corso); 324-545

 (tassonomia e piante; riassumere molto)

Unità 1 – La cellula vegetale: pp. 33-54

 Unità 2 – L’organizzazione della pianta: pp. 55-128

 Unità 3 – Bioenergetica della pianta: pp. 146-278

 4

0. Introduzione al corso

Le piante producono carboidrati a partire da CO e H O, sono fonte di cibo e

2 2

producono molecole note con il nome di metaboliti secondari, che possiedono attività

biologiche.

 Producono sostanza organica

 Ossigenazione dell’aria

Ma anche le piante utilizzano ossigeno nelle vie metaboliche: di notte, quando non

c’è luce. (respirazione cellulare)

 Modificazione microclima -> mitigano l’innalzamento termico catturando CO

2

e abbassano l’effetto serra.

 Protezione del suolo rendendolo stabile rimuovendo acqua dal terreno. Questi

diventa meno umido quindi più sicuro per l’uomo e per l’edilizia.

 Caratterizzano il paesaggio: conoscere la disposizione delle piante nel

passaggio ci aiuta a delineare la storia del pianeta (modificazione clima)

 Costituisce l’habitat per gli animali.

 Piante decorative

 Depurazione terreni -> alcune piante con il loro apparato radicale riescono a

sottrarre sostanze nocive dal terreno

 Uso alimentare

 Piante da fibra

 Legname e carta

 Piante da resina e gomme

 Combustibili e fossili

0.1.1.1. UOMO E PIANTA

 Fonti di alimenti (carboidrati, proteine, vitamine, Sali minerali)

 70% terre coltivate nel mondo sono dedicate ai cereali

 I cereali fanno parte del 50% del fabbisogno energetico umano

 Carboidrati, proteine, spezie, aromi, oli, bevande

5

0.1.1.2. PIANTE AD USO

FARMACEUTICO

Vengono utilizzati i prodotti del

metabolismo secondario. Es.: I polifenoli

sono antiossidanti e antinfiammatori

–

Digitalis Cinchona Lassativi

–

Papaver Sonniferi

–

Caffea Neurostimolatore

0.1.1.3. Droghe calmanti e sonniferi

 Papaverina, codeina, morfina

Nel papavero sonniferi. Le sostanze si trovano nel

calice.

Nel papaverum sonniferum il calice si trova nella

–

capsula, frutto che a maturità non si apre lo si

–

rompe fuoriesce un liquido, va rimossa l’acqua per

evaporazione e poi si gratta la sostanza.

Morfina e Codeina, invece, sono analgesici forti.

Figura 0.0.1.1.1 - MORFINA 6

Le piante non sono gli unici organismi a fare fotosintesi. La tassonomia (detta

anche “sistematica”) è la scienza che si occupa di dare un nome agli organismi e

suddividerli in categorie. Per classificare gli esseri viventi dobbiamo riprendere la

tassonomia di Linneo, che segue questa divisione (dal meno specifico al più

specifico)

 Dominio Meno specifico, più Monere

 Regno

 Divisione (phylum)

 Classe Funghi

 Ordine

 Famiglia Protisti

 Genere

 Specie Più specifico, meno Animali

0.1.2.1. NASCITA DELLA Figura 1.1 I 5 Regni

–

CELLULA VEGETALE Vegetali

Supposto che una cellula eucariote animale

non sia in grado di produrre energia dalla luce, è però in grado di farlo mediante

alla respirazione (mitocondri). I mitocondri non sono solo delimitati da una

membrana a sé, ma hanno anche acidi nucleici propri (Endosimbiosi di procarioti

ancestrali). Il DNA dei mitocondri ha palesemente una conformazione procariote

(circolare).

I plastidi sono la sede dove avviene la fotosintesi e sono tipici della cellula vegetale.

0.1.2.2. COMPARSA DELLA VITA

Miliardi di anni fa non era presente l’atmosfera, non c’era ossigeno e avevamo un

ambiente di vapori di metano e ammoniaca. I raggi UV del sole uccidevano

qualunque forma di vita uscisse dal mare. > I primi organismi fotosintetici dovevano

in qualche modo proteggersi dal sole.

Queste forme di vita fuoriuscite dall’acqua trovarono il modo di colonizzare la

terraferma. 7

0.1.2.3. Esperimento di

Figura 1.2 - Esperimento di Miller e Urey Miller-Urey

L’esperimento dimostra che partendo da

semplici elementi organici, una scarica di

energia (un fulmine) potrebbe avviare la

formazione di macromolecole. L’esperimento

è già approfondito negli appunti di Biologia

Animale.

Manca un pezzo: la formazione delle cellule

Si ipotizza che in un ambiente fosfolipidico in

un sistema acquoso, nel raggiungere

l’equilibrio le molecole tendono ad avvicinarsi tra loro e produrre delle sfere

(membrane) -> Le code idrofobe vanno verso l’interno, le teste polari invece vanno

verso l’esterno.

0.1.2.4. Flusso di energia e Ciclo delle sostanze

La cellula è un percorso alternativo che l’energia può avere una volta raggiunto

questo pianeta. L’energia proveniente da un fotone che colpisce il nostro pianeta

–

provoca l’innalzamento della temperatura (effetto diretto dell’irraggiamento)

quando colpisce una cellula può creare altre reazioni come quelle della costruzione

di una macromolecola.

Le sostanze presenti nei vegetali sono trasmesse agli organismi che se ne nutrono.

I decompositori come funghi e batteri scompongono la lettiera e gli organismi morti

restituendo le sostanze al suolo, che vengono poi assorbite dai vegetali.

Deve sempre esserci energia che fluisce nel sistema e anche delle sostanze: ci

sono appunto elementi che si occupano di trasferire l’energia e permetterne lo

sfruttamento.

L’energia tende a liberarsi nell’ecosistema sottoforma di calore.

Le cose si complicano quando compaiono forme di vita che non si nutrono da sole

con la fotosintesi ma con l’alimentazione. (Piante < Erbivori < Carnivori)

0.1.2.5. Differenze animali e vegetali

 Movimento: PROPRIO negli organismi animali, NON PROPRIO nei vegetali

perché ancorati al suolo

 Modalità di accrescimento: DEFINITO negli animali (ha inizio e una fine nello

–

stato adulto). INDEFINITO nelle piante sono embrioni perenni

 Nutrizione: ETEROTROFA negli animali (si nutre di altri organismi).

–

AUTOTROFA nelle piante si costruiscono il cibo da sole.

8

0.1.2.6. Studio delle Piante

Sono caratterizzate da foglie, fusto, fiore, radici.

La tassonomia è la scienza che studia nomenclatura, descrizione e classificazione

delle forme di vita. La scienza esige nomi universalmente accettati e che si

identifichino in una sola forma vivente.

La tassonomia di Carlo Linneo è gerarchica e raggruppa gli organismi nei TAXA

(specie, generi, famiglie, ordini, classi, phylum, regno e dominio).

Il GENERE è un gruppo di specie con caratteristiche simili da ritenerle imparentate.

La SPECIE raccoglie organismi strettamente imparentati per forma e colori di parti

anatomiche, oltre che produzione di molecole (metaboliti secondari) o per genetica

(DNA).

Ad ogni specie è attribuito un binomio specifico scritto sempre in corsivo:

 Matricaria recutita L.

 Matricaria discoidea L.

0.1.2.7. BRIOFITE

 Sono prive di tessuto vascolare lignificato.

 Sono di piccole dimensioni e necessitano di acqua libera per la riproduzione.

 Hanno una generazione gametofitica dominante.

Le briofite sono state in grado di riemergere dalle acque ma sono piante semplici

che hanno un tessuto vascolare che conferisce il trasporto dell’acqua ma non è

lignificato. Necessitano continuamente di acqua libera (umidità, ruscelli…).

Gli organismi animali hanno un corredo

genomico diploide e la duplicazione produce

un doppio corredo identico al precedente (2n

= 4). Le briofite, invece, provengono da

organismi protisti (unicellulari o

pluricellulari) che duplicano il batterio nel

momento della riproduzione. Le briofite

hanno un gametofito foglioso e uno

sporofito.

Il gametofito non è necessariamente come un ovulo o spermatozoo animale, ma ha

cellule con un solo corredo cromosomico (come le nostre cellule sessuali) e

crescono e si moltiplicano sempre aploidi fino alla fase dello SPOROFITA

(embrione che cresce sopra il resto della pianta che rimane invece gametofita

aploide). È come se un ovulo femminile si duplicasse fino a formare un ammasso di

ovuli che formano un essere umano su un cuscino di ovuli.

9

Queste piante sono state in grado di formare un nucleo diploide nella zona dello

sporofito. Buona parte dello sviluppo di questo individuo si sviluppa con la scissione

aploide. 0.1.2.8. TRACHEOFITE

Si riproducono tramite spore e hanno un tessuto vascolare lignificato e hanno

sporofiti dominanti. Cioè, a differenza delle briofite hanno un

L’esempio più classico sono le felci.

0.1.2.9. GIMNOSPERME

La caratteristica che le accomuna sono i semi non racchiusi in un frutto. Il seme è

una struttura che racchiude all’interno l’embrione già fecondato in un tessuto

energetico che contiene nutriente di sostentamento. Dentro il seme troviamo sia

l’energia sia l’embrione.

Esempi: abete, cipresso, ginkgo, sequoia, ginepro, conifera…

0.1.2.10. Angiosperme

Gruppo di piante il cui seme è contenuto in un ovario maturo (un frutto). Sono

piante che producono fiori e sono estremamente diffuse. Il fiore attira insetti o

animali che disperdono gli embrioni avvantaggiando la diffusione della specie.

Le angiosperme hanno “inventato” i fiori e i frutti, strategie evolutive che potenziano

la diffusione del seme, permettendone il trasporto a lunga distanza.

Si riproducono grazie al fiore, facendo sì che l’unione di due gameti avvenga

all’interno dell’ovario del fiore, fecondato dal polline. In questo momento avviene una

seconda fecondazione che produce un tessuto di rivestimento.

Questa è una doppia fecondazione, è come se per fare un uomo fossero necessari

due spermatozoi e due ovuli: una coppia per creare l’individuo e l’altra per creare il

tessuto di riserva energetico.

Se una gimnosperma avesse dovuto riprodursi, avrebbe creato una struttura di

fecondazione dove raccoglieva materiale di sostegno che, in mancanza di

fecondazione, veniva buttato. Le angiosperme, con questa seconda fecondazione,

evitano questo problema.

0.1.2.11. MONO- e DICOTILEDONI

Nel germogliare, il seme espone i “cotiledoni”, ovvero tessuti di riserva energetica.

Rivestiti dal tegumento, i dicotiledoni contengono non solo il tessuto di riserva (dei

monocotiledoni) ma anche dei tessuti energetici usati per germogliare.

Sembrerebbero foglie, ma non sono capaci di fotosintesi.

10

Nelle monocotiledoni non vediamo questi due tessuti ma solo una parte poco visibile

della pianta che genera all’esterno la prima foglia. I dicotiledoni sviluppano la

pianta per poi avvizzire i cotiledoni.

Nelle foglie dei monocotiledoni le nervature delle foglie sono parallele, nei

dicotiledoni sono ramificate. 11

1. LA CELLULA VEGETALE

Il componente

minimo più piccolo

a cui si

attribuiscono le

funzionalità della

vita. È un

organismo che si

separa dal mondo

circostante tramite la membrana plasmatica. Gli

organelli sono strutture specializzate all’interno

della cellula. Ciascuno è associato ad alcune

funzioni che le cellule devono svolgere e può

essere studiato attraverso il microscopio. La cellula vegetale è stata una delle

prime forme di cellule scoperte grazie al SUGHERO.

MEMBRANA ci aiuta a definire un volume o uno spazio all’interno del

PLASMATICA quale vengono coordinate tutte le reazioni che interessano

la cellula.

NUCLEO Forma ovoidale irregolare con doppia membrana

(involucro nucleare). Le membrane sono porose e

permeabili a molecole. I cromosomi contenenti DNA e

ISTONI (proteine) che formano la catena dei nucleosomi.

NUCLEOLO DNA e cromosomi contengono le informazioni genetiche

utilizzate per dirigere la sintesi proteica.

Sito in cui si formano e accumulano i complessi RNA-

proteina (ribosomi)

Gli scambi sono bidirezionali (RNA esce mentre le proteine

entrano)

RIBOSOMI Corpuscoli densi costituiti da RNA e proteine, sintetizzano

le proteine e sono agglomerati in poliribosomi connessi a un

mRNA. I ribosomi di un poliribosoma lavorano alla sintesi

della stessa proteina.

12

RETICOLO Può essere liscio o rugoso in base ai ribosomi che si

ENDOPLASMATICO trovano sulla superficie. Membrana tubolare chiusa e

ramificata in prossimità del perimetro celluòare. La

struttura non permette ai soluti di entrare nel reticolo se

non attraversando la membrana.

APPARATO DI Pila di vescicole appiattite e membranose, cisterne. Gluida il

GOLGI movimento delle proteine verso i propri compartimenti.

“imballaggio” di proteine. Traffico rapido e continuo, il

trasporto avviene mediante vescicole.

MITOCONDRI Sito della respirazione cellulare. Le funzioni cellulari, come

la sintesi, trasporto e immagazzinamento di proteine

richiedono energia libera. I mitocondri assicurano la

produzione di energia nella cellula.

Intensa attività metabolica

• Pleiomorfismo: soggetti a frequenti cambiamenti

di forma

• Nella cellula vegetale si possono avere anche

centinaia di mitocondri in funzione della cellula e

dello stadio di sviluppo

• La membrana esterna è permeabile a piccole

molecole grazie alle porine mitocondriali

• DNA mitocondriale per la sintesi endogena di

proteine (legato alle creste)

PLASTIDI Legati al metabolismo energetico.

PEROSSISOMI Organelli semplici e di picc