Botanica - Appunti parte 1

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- LA SISTEMATICA: LA SCIENZA DELLA DIVERSITA' BIOLOGICA

CAPITOLO 12

Linneo fu il primo a denominare le piante.

Tassonomia: identificazione, denominazione, classificazione

Sistematica: studio della diversità biologica e della sua storia evolutiva.

Esistono 10.000.000 di specie eucariotiche.

Esemplare tipo: campione secco custodito in museo o erbario utilizzato come

base per la comparazione.

Le specie possono essere suddivise in sottospecie o

varietà che sono simili tra loro ma che differiscono per

Linneo una o più caratteristiche. Agli inizi era:

SPECIE ---> GENERE ---> FAMIGLIE ---> ORDINI ---> CLASSI

De Candolle propone inoltre la DIVISIONE (gruppi di Classi). Inoltre nel XV

congresso Internazione di Botanica del 1993 si introdusse il PHYLUM al posto De Candolle

della divisione:

SPECIE ---> GENERE ---> FAMIGLIE ---> ORDINI ---> CLASSI ---> PHYLUM ---> REGNO

Il Taxon (Taxa al plurale) rappresenta il gruppo tassonomico a qualsiasi livello e la famiglia, genere o

classe rappresentano le categorie.

Es. sono taxa Pinus

Dobbiamo guardare le desinenze per capire se è una famiglia o un ordine:

• FAMIGLIA: -aceae (es. Asteraceae)

• ORDINI: -ales (es. Poales)

Ecco degli esempi di classificazioni tassonomiche:

Mais:

Regno Plantae

Phylum Anthophyta

Classe Monocotyledoneae

Ordine Poales

Famiglia Poaceae

Genere Zea Mais

Specie Zea mays

Prezzemolo:

Regno Plantae

Phylum Anthophyta

Classe Dicotiledoneae

Ordine Apiales

Famiglia Apiaceae

Genere Petroselinum Prezzemolo

Specie Petroselinum hortense

Rosmarino:

Regno Plantae

Phylum Anthophyta

Classe Dicotiledoneae

Ordine Lamiales

Famiglia Lamiaceae

Genere Rosmarinus

Specie Rosmarinus officinalis Rosmarino

-STORIA DELLA CLASSIFICAZIONE DELLE PIANTE

Le piante vengono raggruppate sulla base dell'aspetto esterno in:

• Alberi

• Arbusti

• Erbe

Classificazione Artificiale: identifica gli organismi sulla base di uno o

più caratteri.

Teofrasto fu il padre della botanica e scrisse la STORIA DELLE

PIANTE e CAUSE DELLE PIANTE.

Linneo classificò le piante in 24 classi sulla base delle caratteristiche

sessuali: numero degli stami

Es. Linneae borealis L. (L sta per Linneo) Teofrasto

Classificazione Naturale viene proposta da Darwin che propose un

sistema naturale di classificazioni per cui somiglianze e differenze

vengono viste come il prodotto di una storia evolutiva (filogenesi). Darwin

La classificazione naturale ha come obiettivo l'individuazione del clade (raggruppamento

monofiletico).

Esistono altri tipi di raggruppamenti: • Parafiletico

• Polifiletico

Il metodo di classificazione più utilizzato da oggi è la

cladistica: cioè analisi filogenetica che cerca di capire le

relazioni filogenetiche. Esso:

• analizza se lo stato di un carattere è condiviso o

derivato

• individua le sinapomorfie: caratteri presenti

nell'antenato comune e in tutti i gruppi discendenti

Per disegnare un albero filogenetico o cladogramma:

• radicare l'albero (individuando un outgroup);

• individuare il carattere ancestrale

• individuare il carattere derivato;

• la posizione relativa che indica il tempo di divergenza.

SISTEMATICA MOLECOLARE

Esso si basa sulla sequenza dei nucleotidi del DNA. Può rilevare le differenze in geni omologhi (cioè

quelle che derivano dallo stesso gene ancestrale). Queste differenze sono dovute ad un accumulo di

mutazioni neutre (quando nn incidono sulla vita dell'organismo) e casuali secondo un tasso costante

nel tempo. Tali differenze non sono il risultato della selezione e infatti esse sono accumulate

da quando le linee evolutive si sono separate.

Queste sequenze vengono depositate in banche dati Internazionali.

Es: GeneBank (progetto del NCBI a cui tutti fanno riferimento).

Un risultato di queste analisi può essere che piante morfologicamente lontane sono geneticamente

vicine:

Oppure piante morfologicamente lontane ma geneticamente vicine:

I GENOMI delle piante sono 3:

• genoma nucleare

• genoma mitocondriale (circolare) 200-2500 kbp

• genoma plastidiale (circolare) 135-160 kbp

Per gli animali il gene usato è cox1 (mitocondriale,

che codifica per la citocromo ossidasi)

Per le piante vengono usati i geni plastidiali rbcL (rubisco) e MatK:

Le categorie tassonomiche degli organismi per Linneo:

• Piante

• Animali

• Minerali

Oggi ci sono 3 domini (categoria superiore al regno):

• Bacteria --> procarioti

• Archaea --> procarioti

• Eukarya --> eucarioti

Esistono 7 supergruppi degli eucarioti:

• Piante e forme algali affini

• Opisthokonta

• Eucarioti primordiali non li teniamo conto perché

provengono dall'antenato comune

• Alveolata

• Stramenopila

• Rhizaria

• Excavata

• Amoebozoa

I protisti si trovano in tutti i supergruppi e la maggior parte di essi contengono esclusivamente

protisti:

• eterotrofi

• autotrofi

• altri nn trattati

ESPERIMENTO IN CLASSE N.B. I pigmenti della pianta la proteggono dallo stress

ossidativo e eccessiva illuminazione. I Botanici misurano

la concentrazione di ossigeno emessa dalla pianta così

da selezionare quelle che lo producono maggiormente e

utilizzarle quando servono. Se una foglia viene coperta

e poi la si scopre essa fa la respirazione.

A (f + r) (fotosintesi + respirazione) = Tasso di fotosintesi

A (r) = Respirazione (buio)

A (f) = A (f + r) - A (r) = 6.67 - (-2.37) = 9.04

LA CELLULA VEGETALE E IL CICLO CELLULARE

CAPITOLO 3

Scoperte cellulari:

• Nel 1670 Hooke introdusse il termine cellula.

• Nel 1838 Schleiden introdusse il concetto che tutti i

tessuti vegetali sono costituiti da cellule.

• Nel 1840 Schwann disse che tutti i tessuti animali

sono formati da cellule e che tutti gli organismi

hanno un organizzazione cellulare.

• Nel 1858 Virchow disse che le cellule possono

originarsi solo da cellule preesistenti. Microscopio di Hooke

Nella cellula eucariotica fotosintetica abbiamo degli

organelli come i Cloroplasti deputati alla funzione

fotosintetica. Attraverso esso la cellula diviene un

organismo autotrofo ossia organizza da sola la fonte

primaria di energia ossia si costruisce il glucosio

attraverso l'energia luminosa attraverso la CO2

presente nell'aria e acqua. Essi possono essere numerosi

ma la maggior parte risiede nelle foglie e anche nei

fusti a volte. Nei cactus le foglie sono sotto forma di

spine aventi funzione di protezione e il tronco è formato da molti cloroplasti. Sono formati da una

doppia membrana, segno della sua origine cioè che provengono da procarioti inglobati nella cellula.

Abbiamo un vacuolo circondato da una singola membrana (tonoplasto) ed è caratteristica della cellula

vegetale. E' quello che si nota di più (occupa fino al 90% del lume cellulare) e il citoplasma è

schiacciato in periferia. Esso ha la funzione di aumentare la pressione di turgore della cellula e la

mantiene gonfia. (FUNZIONE SPIEGATA A PAG.4)

E' presente la parete cellulare ed è fondamentale perché difende il protoplasto (solo nella vegetale).

Dopo la parete incontriamo la membrana cellulare avente la funzione di selezionare ciò che esce e

ciò che entra.

Abbiamo i mitocondri, nucleo e i granuli di amido. Essi sono nei cloroplasti e sono uno dei sistemi per

mettere in riserva il glucosio. Essi sono temporanei e devono essere usati subito poiché quando la

cellula è alla luce si formano in un breve tempo mentre avviene la fotosintesi. Ma quando la cellula

è al buio i granuli sono spariti. Vuol dire che essi servono nella vita della cellula nell'immediato. In

altri tessuti invece i granuli di amido vengono accumulati (esempio nei semi come il riso).

Abbiamo i mitocondri importante per la respirazione della cellula. Sono molto diversi dai cloroplasti

poiché i mitocondri sono molto più piccoli dei cloroplasti. Questo perché essi devono assorbire più

luce possibile.

Nella foto notiamo che la cellula ha una lunghezza di 25-30 um circa.

Nella foto (microscopio elettronico a trasmissione - 0.25

um) abbiamo una parete cellulare condivisa da due

cellule. Apparentemente sembra una struttura amorfa.

Il numero dei cromosomi variano a seconda della specie.

Ricordiamo che nei vegetali la poliploidia è comune (negli animali è

letale). Poliploidia

Le briglie citoplasmatiche sono importanti nella divisione

cellulare.

I campi di punteggiature primarie con plasmodesmi sono

una zona dove c'è comunicazione con l'esterno o altra

cellula. Attraverso questi fori il citoplasma passa a

un'altra cellula grazie ai plasmodesmi. Briglie citoplasmatiche & Campi di

punteggiature primarie con

plasmodesmi

PLASTIDI

I cloroplasti reagiscono agli stimoli fisici (come la luce).

Le macchie nere sono i cloroplasti. Quando la cellula è

sottoposta a una debole intensità di luce essi sono lunga

tutta la superficie della cellula. Quando è troppo

intensa essi si dispongono lateralmente alla cellula. Essi

infatti si muovono rispetto alle condizioni in cui si

trovano.

Quando essi sono attivi presentano una clorofilla che ricopre gli altri pigmenti come i carotenoidi

(arancio, rosso giallo) e le antocianine che servono a migliorare la cattura della luce. Quando la

pianta va in necrosi (muore) o le condizioni ambientali non permettono di fare la fotosintesi le foglie

diventano rosse o gialle. Esso significa che la clorofilla si è degradata facendo emergere gli altri

pigmenti che prima erano coperti.

Es. Il leccio si sviluppa in ambienti miti (quercia) e

l'alloro. Il primo non perde le foglie invece la rovere

(altra quercia) si.

Le conifere per esempio si sviluppano in ambienti come

il nostro o più freddi. La loro foglia si è attorcigliata

formando aghi arricchendosi di resine rendendo difficile

il congelamento.

All'interno del cloroplasto abbiamo una zona stromatica

e dei tilacoidi i quali possono essere:

• Grana che si organizzano in pile;

• Stromatici che attraversano lo stroma, più lungo che

passa da una grana all'altra

Il DNA nel cloroplasto serva a codificare delle sostanze

per il cloroplasto.

Nella foto quella grande massa fluorescente è il nucleo

della cellula. Gli altri punti fluorescenti rappresentano il

DNA dei cloroplasti.

Il DNA mitocondriale non si vede poiché i mitocondri sono più piccoli che

i cloroplasti.

Esistono altri tipi di plastidi come il Cromoplasto ossia un plastidio

colorato senza clorofilla interna (non fa fotosintesi) ma presenta i

carotenoidi (li sintetizza anche). Quindi anche questo ha una vita

autonoma, si produce le sostanze che gli servono. Essi determinano il

colore dal giallo al rosso di fiori, foglie e frutti. Essi possono derivare

dal differenziamento dei cloroplasti. Cromoplasti

Abbiamo i Leucoplasti i quali sono privi di pigmenti. Alcuni di questi si

specializzano accumulando amido diventando Amiloplasti. Altri ancora accumulano oli e proteine.

Nella foto è indicato il CICLO DI SVILUPPO

PLASTIDIALE. Dal proplastidio possono originare

l'amiloplasto oppure il cloroplasto che può

trasformarsi in cromoplasto (o anche originare dal

proplastidio). Ma anche il cromoplasto può

trasformarsi in cloroplasto.

Il cloroplasto ha 2 membrane. Quella più interna si

invagina formando delle vescicole le quali vanno

verso l'interno del cloroplasto formando queste

strutture che mano a mano si impilano che possono collegare una grana con l'altra formando i

tilacoidi stromatici.

FUNZIONE DEL VACUOLO

Il vacuolo ricordiamo serve a mantenere la cellula turgida e la parete cellulare allo stesso tempo fa

da contenitore. La pressione di turgore deriva dal vacuolo stesso il quale contiene acqua e una

concentrazione molto alta di soluti che gli permettono di avere sotto controllo la pressione osmotica.

Alcune volte hanno metaboliti secondari (esempio il Tannino utile per difendersi ma è tossico infatti

è rinchiuso nel vacuolo) utili per l'osmosi.

Nel vacuolo possono concentrarsi i pigmenti come le antocianine (esempio nelle cellule specializzate

come i fiori la cellula deve accumulare tantissimi pigmenti per colorarsi e attrarre gli insetti). Esse

sono responsabili del colore blu, rosso o azzurro.

Anche loro hanno un citoscheletro formato da un sistema

di microtubuli, actina

I microtubuli svolgono un ruolo fondamentale per

l'allineamento delle microfibrille di cellulosa che formano

la parete.

I filamenti di actina sono coinvolti nella costruzione della

parete e nel movimento del citoplasma (guardare video). Filamenti di Actina

Microtubuli

N.B. Anche le cellule vegetali hanno i flagelli. Alcune cellule

come quelle delle alghe le hanno sempre altre le perdono

nel corso della vita. Nella vegetale il movimento è

sinusoidale, in quelle animali è rotatorio.

PARETE CELLULARE Flagelli

Un'altra caratteristica è la parete cellulare. Le sue funzioni

sono:

• Limitare l'espansione del protoplasto

• Difende la cellula: sostanze antibatteriche oltre che una

difesa meccanica.

• Ne determina la forma

• Contribuisce alla consistenza dei tessuti

• I diversi tipi di cellule vengono identificati anche sulla

base della struttura della parete.

Tra una parete e l'altra di cellule adiacenti abbiamo la Parete Rigida

lamella mediana ricca di pectina la quale fa da colla tra le

2 cellule. Può creare dei problemi per esempio

nell'industria dei succhi di frutta formando i froppulati

che impediscono un succo omogeneo a meno che usiamo

degli enzimi pectinolitici che degradano la pectina. Essi

sono presenti nel frutto stesso quando esso matura

rendendo più soffice il frutto maturo. Altri si trovano

nei microorganismi che degradano la frutta grazie

anche a questi enzimi che staccano le cellule le une

dalle altre. Cellulosa

La cellulosa (composto più abbondante sulla terra) è

formata da una catena di glucosio. Ci sono legami idrogeno tra una catena e l'altra di cellulosa

stabilizzando il legame. E' immersa in una matrice formata da pectina (molecole idrofile che

permettono l'assorbimento di acqua e quindi è più distensibile) e emicellulosa (formata da vari tipi di

zuccheri, fa da collante). Essi non sono sempre presenti nella secondaria.

La parete può essere primaria e secondaria (facoltativa, sta più all'interno, nelle cellule che devo

essere più resistenti). La cellulosa è fatta da macrofibrille