Ecologia delle produzioni alimentari 1° modulo - colture erbacee

Energia solare collegata alla presenza delle piante

La vita dipende dal flusso di energia ed è strettamente collegata alle piante, che sono in grado di trasformare CO2 => O2, grazie all’energia che prendono dal sole: processo di trasformazione del carbonio.

In natura tutti gli elementi si trovano in atmosfera e vengono riciclati.

Ciclo della materia

• Sulla Terra avviene il cosiddetto ciclo della materia.
• L’uomo è in grado di creare accumulo di materia in determinati luoghi e i cicli che portano al riciclo di questi prodotti non avvengono.
• Sulla Terra avviene il ciclo della materia: esiste infatti una rinnovabilità completa della materia.

Costituenti biochimici delle piante

1. Carboidrati

I carboidrati sono composti organici (C \ H \ O), con 1 funzione chetonica \ 1 funzione aldeidica, con gruppi alcolici o 5 \ 6 atomi di carbonio che possono essere più o meno polimerizzati.

Si suddividono in 2 diverse categorie: semplici / complesse, e sono prodotto della fotosintesi.

Il glucosio = 6 atomi di carbonio, è il prodotto della fotosintesi e ha una importanza fondamentale.

Serve alla pianta per trasferire carbonio da una parte all’altra della pianta.

Nella frutta i carboidrati sono fondamentali per attirare gli animali; nelle radici servono per riserva.

Gli zuccheri semplici per eccellenza nelle piante sono l’amido, riserva di carbonio anche per l’uomo.

• L’amido è la principale fonte di energia perché i nostri enzimi digestivi sono in grado di idrolizzare il legame che costituisce l’amido.

2. Cellulosa

La cellulosa è un composto di struttura: NON è un composto di riserva, dunque non è più utilizzabile perché la cellulosa serve a costituire lo scheletro delle piante.

3. Lipidi

I lipidi sono sostanze ternarie: sono sempre fatte da C \ H \ O.

NON si sciolgono in acqua e hanno funzione di permeabilità di membrana.

Nei vegetali sono delle sostanze di riserva che vengono accumulate nei semi: olio di oliva \ avocado.

Le piante sono completamente rivestite da sostanze lipidiche (CERE) e questo fa sì che il prodotto di origine vegetale non sia permeabile e di conseguenza non si riempie d’acqua.

• Hanno funzione nelle piante di carattere energetico.

FOSFO-LIPIDI: parte polare \ parte apolare.

4. Proteine

Le proteine sono dei polimeri polari, hanno funzioni affini con l’acqua, grandi dimensioni e funzione di riserva.

Quelle di riserva si accumulano nella pianta nel seme e hanno anche la funzione di formare la MEMBRANA CELLULARE.

La funzione delle proteine è: RISERVA \ STRUTTURALE \ FUNZIONALE.

Gerarchia delle strutture vegetali

Come è strutturata una pianta.

L’unità di base degli esseri viventi è la cellula, che è una struttura indipendente dove avvengono tutte le funzioni necessarie e indispensabili.

Negli esseri superiori le cellule si specializzano, ovvero svolgono determinate funzioni; dunque la cellula è una struttura importante.

Cellula vegetale

La parte più esterna è la parete cellulare, fatta di cellulosa e lignina, una matrice che serve per dare consistenza alla cellula.

La parete cellulare protegge la cellula.

Ci sono delle cellule che non hanno bisogno di consistenza, anzi molto spesso può essere un ostacolo per coloro che devono svolgere la fotosintesi.

Membrana cellulare

La membrana cellulare è in grado di contenere la matrice acquosa.

È costituita da fosfolipidi, dove la parte lipidica è rivolta verso l’interno mentre la parte proteica è rivolta verso l’esterno e permette un trasporto attivo: entra solo ciò che serve alle cellule.

Organuli tipici dei vegetali

I cloroplasti sono gli organuli dove avviene la fotosintesi, sono di colore verde: il colore è dato dalla clorofilla, che è quella che riesce a catturare l’energia luminosa.

I CROMO PLASTI accumulano pigmenti liposolubili, possono avere contenuto di clorofilla, ex: carotenoidi.

Le foglie perdono la clorofilla e rimangono solo i carotenoidi.

Ci sono anche altri composti polari, carotenoidi che favoriscono la fotosintesi.

I leucoplasti accumulano amido, funzione di riserva.

Il vacuolo è un organello apparentemente vuoto; in verità dentro c’è acqua con ioni sciolti e la funzione è collegata al fatto che può essere un serbatoio, ovvero una riserva di sostanze che possono contenere anche altre sostanze:

• I pigmenti che hanno il compito di attirare gli animali.
• Ioni minerali.
• Zuccheri.

Hanno una funzione fondamentale di mantenere una determinata funzione osmotica, fondamentale per mantenere il turgore delle cellule.

I RIBOSOMI svolgono sintesi proteica.

I MITOCONDRI svolgono respirazione.

L’APPARATO DI GOLGI svolge trasporto di sostanze e sintesi di membrane.

Il nucleo contiene il materiale genetico, dove avvengono i processi relativi alla riproduzione.

Tessuti vegetali

Ognuno ha una funzione specifica, ci sono tipologie differenti.

1. Meristemi

I meristemi sono cellule che possono dividersi.

• NO funzione specifica.
• LOCALIZZATE = germoglio \ radici \ lungo il fusto.

Le cellule delle piante possono essere giovani o anziane. Quelle giovani sono in grado di dividersi grazie al processo di MITOSI, le cellule in grado di dividersi sono NON SPECIALIZZATE.

Le piante mantengono la capacità di divisione cellulare per tutta la vita, e questo è differente dall’uomo, che NON ha un accrescimento del numero delle cellule.

Anche le piante hanno dei meristemi che hanno la possibilità di duplicarsi per andare a chiudere eventuali ferite che può avere la pianta.

2. Tegumenti

I tegumenti sono situati nella parte esterna delle piante. Hanno la funzione di regolare gli scambi con l’ambiente esterno.

• La frutta \ verdure NON si bagnano, dunque comprendiamo che i tegumenti sono rivestiti da una patina apolare => NO AFFINE CON ACQUA.

Hanno delle pareti rivestite da uno strato lipidico, ma sono costituiti principalmente da cellulosa e lignina.

• Hanno funzione di protezione per la pianta.
• La loro importanza nutrizionale è scarsa perché, essendo fibra, non viene digerita dall’organismo.

3. Parenchimi

I parenchimi hanno funzioni e composizioni differenti da una tipologia all’altra.

• Sono cellule adulte, già differenziate con funzioni specifiche.
• Hanno un metabolismo molto attivo.

Le pareti della cellula sono sempre molto sottili per svolgere una attività metabolica molto intensa.

Ce ne sono di diverse categorie:

Parenchimi clorofilliani

Sono di colore verde e si trovano nelle parti verdi della piante.

Hanno la funzione di produrre CARBOIDRATI.

Dal punto di vista nutrizionale ingeriamo sostanzialmente proteine e non ci possiamo nutrire solo di verdure perché ci riempiremmo di H2O.

Parenchimi di riserva

Sono quei tessuti dove la pianta immagazzina sostanze di riserva per essere utilizzate nel momento del bisogno.

Sono contenuti nei semi, dove possono esserci diversi componenti di riserva: il principale è l’AMIDO; quando non c’è l’amido ci sono comunque dei carboidrati complessi che vengono utilizzati per la respirazione cellulare.

Sempre nel seme si accumulano altre sostanze come => PROTEINE DI RISERVA.

Parenchimi acquiferi

Sono formati da cellule che sono costituite da mucillagini e hanno la funzione di riserva idrica.

Parenchimi conduttori

Svolgono funzione di aiuto nel trasporto.

Parenchimi aeriferi

Sono presenti nelle radici sommerse e consentono il passaggio di O2 dall’atmosfera alle radici.

4. Tessuti meccanici

I tessuti meccanici hanno una funzione di sostegno. Sono presenti in tutte le parti della pianta che necessitano resistenza.

Collenchimio \ Sclerenchimio.

5. Tessuti conduttori

I tessuti conduttori trasportano soluzioni acquose all’interno della pianta.

Il LEGNO ha il compito di trasportare la linfa, cioè delle sostanze prodotte dalla fotosintesi.

L’acqua si muove nelle piante perché è richiamata dall’atmosfera.

Il FLOEMA trasporta sostanze organiche come zuccheri semplici dalle foglie a tutte le altre parti della pianta. È un tessuto costituito da fibra, ovvero da cellulosa o emicellulosa.

Sono fondamentali dal punto di vista nutrizionale perché apportano all’organismo fibra.

6. Tessuti segregatori

I tessuti segregatori hanno una funzione specifica: produrre sostanze specifiche => lattice.

NON FONDAMENTALI dal punto di vista strutturale.

Elementi di organografia

I MERISTEMI hanno la funzione di accrescimento della pianta.

I tessuti meristematici sono contenuti all’interno delle gemme, le quali naturalmente contengono anche altri tessuti.

Apparato vegetativo

L’apparato vegetativo è costituito da => FOGLIA \ FUSTO \ RADICE.

Foglia

La funzione principale della foglia è quella di realizzare la fotosintesi.

Ha una superficie molto ampia perché deve far entrare la CO2 ma allo stesso tempo permette una grande perdita di H2O.

Hanno delle aperture dette stomi, che possono essere chiusi \ aperti.

• Gli stomi sono aperti quando NON c’è una carenza idrica; quando sono chiusi ci troviamo nel contesto opposto.

Se lo stoma è aperto vuol dire che c’è un equilibrio tra umidità esterna e umidità interna della pianta.

MAI le foglie hanno una funzione di riserva, perché se accumuliamo prodotti foto-sintetici la fotosintesi non avviene più.

Fusto

I fusti hanno il compito di portare bene le foglie a contatto con l’atmosfera e dunque aiutano le foglie a far entrare CO2 e uscire O2.

Hanno anche la funzione di riserva, essendoci nel fusto dei PARENCHIMI DI RISERVA.

Fusti trasformati

Alcune piante, per difesa soprattutto, hanno effettuato delle modifiche del fusto: ex DIFESA DAGLI ANIMALI ERBIVORI = quando i fusti si sono trasformati in aculei.

Fusti succulenti

Hanno una funzione di riserva, ovvero contengono al loro interno sostanze di riserva di importanza fondamentale.

Tuberi

I RIZOMI sono dei fusti che stanno sotto terra e si differenziano dalle radici perché hanno delle gemme aeree => sono sostanzialmente dei fusti trasformati.

Nella patata alcuni RIZOMI possono modificarsi accumulando sostanze di riserva => AMIDO.

Bulbo

Il BULBO è tipico della cipolla, ha una piccola parte che è il fusto; quella esterna verde è costruita da foglie trasformate in organi di riserva, ovvero sono costituite da PARENCHIMI DI RISERVA.

Radice

La funzione specifica della radice è quella che permette l’assorbimento della H2O e hanno la funzione di ancoraggio della pianta al substrato.

Anche le radici possono subire una tuberificazione: questo avviene ad esempio per la carota.

Ma possono anche effettuare una trasformazione e acquisire una funzione di riserva.

Fiori

I fiori sono la parte riproduttiva della pianta: le piante si riproducono esattamente come gli animali.

Ricettacolo

Partendo dalla base ha una STRUTTURA detta RICETTACOLO => dove sono tutte le altre parti del fiore.

Ci sono anche 2 serie sterili che NON prendono parte alla riproduzione.

Calice

Il CALICE è una struttura vegetativa che raggruppa tutte le parti interne quando il fiore è chiuso.

• Ha una funzione di protezione del fiore chiuso.

Corolla

Gli elementi della COROLLA si chiamano PETALI => funzione di attirare gli insetti.

• In molti fiori la corolla non c’è.

Ex. fiore del grano, perché in questi fiori l’impollinazione avviene per via meccanica, ex dal vento.

Parte interna del fiore

Il ciclo di capocchia di fiammifero rappresenta l’ANDROCEO, la parte riproduttiva maschile.

Questa parte contiene = stami.

La parte femminile è detta GINECEO, contiene l’ovario e l’ovulo: dall’ovario deriva il frutto \ dall’ovulo deriva il seme.

L’ovario ha bisogno di una struttura che sia ricettiva al polline => STIMMA.

Dal punto di vista nutrizionale il fiore ha una funzione strettamente ornamentale.

Ci sono anche i fiori uni-sessuali, cioè che hanno solo la parte maschile o solo la parte femminile.

Cicli ontogenetici nei vegetali

Come la pianta si riproduce.

Tutti gli individui hanno un patrimonio genetico dal quale deriva la loro fisionomia: questo patrimonio genetico è fatto da 2 parti, ovvero metà viene dalla madre e metà viene dal padre.

GENOMI MATERNI \ PATERNI: i cosiddetti patrimonio genetico.

Ad un certo momento della vita avviene una divisione del patrimonio genetico, ovvero quello dei gameti viene diviso.

NELLE PIANTE, prima di diventare GAMETI, succede che le cellule con patrimonio genetico unito a metà, prima di unirsi, possono dividersi e dare origine ad una specie autonoma detta => INDIVIDUO.

DIPLOIDE => informazione sia paterna che materna: è lo SPOROFITO.

L’individuo diploide produce per meiosi le SPORE.

Le spore si dividono e danno origine ad individuo con patrimonio genetico diviso a metà, GAMETO-FITO, che origina per MEIOSI il GAMETE.

In altre parole, nelle piante le cellule, prima di diventare GAMETI, si comportano come INDIVIDUI SINGOLI.

Ogni GENOMA forma uno SPOROFITO DIPLOIDE: 2n con patrimonio genetico 1/2 nonno, 1/2 nonna.

Lo SPORO-FITO dividendosi dà origine a 4 SPORE APLOIDI, ognuna 1n, le quali danno origine a 2 GAMETOFITI che possono essere maschio \ femmina.

Si uniscono 2 GAMETO FITI per dare origine a GAMETE DIPLOIDE.

Frutto \ seme

Dentro alle ANTERE avviene la MEIOSI, formazione di SPORE, che comporta la formazione delle MICRO-SPORE, quelle maschili infatti sono dette più piccole; le femminili sono più grandi e sono dette MACRO-SPORE.

1. Ogni micro-spora può produrre un GAMETO-FITO che sono contenuti all’interno del polline; ogni cellula dentro al polline si divide solo 2 volte.
2. Il gametofito maschile è fatto da => 2 nuclei riproduttivi, 1 nucleo vegetativo.
3. Dentro all’OVARIO vi sono gli OVULI e, dopo la meiosi, danno origine al gametofito femminile MACRO-SPORE, che ha 8 nuclei di cui 7 formano delle cellule.
4. Dopo la fecondazione vi è la formazione dell’endo-sperma; di conseguenza dell’OVULO deriva il SEME, che contiene un tegumento che deriva direttamente dal tegumento dell’ovulo e contiene anche l’embrione, può contenere endo-sperma secondario.

L’OVARIO diventa il frutto.

Il seme di solito dà origine ad una nuova pianta utilizzando le sostanze di riserva.

Il frutto ha il compito di aiutare il seme a disperdersi nell’ambiente.

Sia i semi che i frutti sono commestibili e hanno una funzione nutrizionale molto importante.

• FRUTTO => si suddividono in frutti SECCHI \ CARNOSI.
• I frutti secchi hanno una maggiore conservazione.
• I frutti carnosi hanno una conservazione molto bassa e dunque la loro conservazione è diversa rispetto ai frutti secchi.

Nei FRUTTI CARNOSI si suddividono in 4 parti:

• ENDO-CARPO: parte interna.
• ESO-CARPO: buccia.
• MESO-CARPO: polpa = contiene zuccheri.
• SEME: contiene delle sostanze di riserva che derivano dall’embrione.

Funzioni principali => propagazione, embrione.

Funzioni accessorie => più importanti a fini di uso alimentare e riserva.

Tessuti => parenchimi di riserva; meristemi; tegumenti.

Strategie di riproduzione, ciclo e forme biologiche

Riproduzione sessuale => piante che si riproducono sessualmente una sola volta nel ciclo.

• SPECIE ANNUALI: si riproducono una volta all’anno poi muoiono.
• SPECIE BIENNALI: o pluriennali, anche d’inverno si riproducono.

Riproduzione sessuale => ricorrente nel ciclo.

• SPECIE PERENNI: specie che ogni anno riproducono con la formazione di un frutto.

Accrescimento

L’ACCRESCIMENTO si suddivide in DETERMINATO \ INDETERMINATO.

Nell’ACCRESCIMENTO DETERMINATO, la differenziazione a fiore avviene in contemporanea in ogni sito della pianta; è tipico delle specie che avvengono dove vi è una ciclicità della stagione e la riproduzione avviene durante il periodo primaverile.

Nell’ACCRESCIMENTO INDETERMINATO, le piante hanno gemme vegetative tutto l’anno, fioriscono e fruttiferano di continuo; dunque avviene nei climi dove vi è una disponibilità d’acqua molto alta.

Fotosintesi – assimilazione CO2

Come fanno le piante a produrre bio-massa?

Le piante sono in grado di effettuare la fotosintesi.

La CO2 viene ridotta per produrre carboidrati: il GLUCOSIO è il prodotto principale della fotosintesi.

La pianta, per fare tale reazione, che viene a temperatura ambiente, deve prendere energia in quanto è una reazione di RIDUZIONE.

Le piante prendono ENERGIA SOLARE e da qui dipende la produzione di bio massa.

ENERGIA SOLARE + 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2.

Fasi della fotosintesi

Uno dei prodotti è O2, ma viene anche prodotto 2H che verrà poi utilizzato per ridurre CO2.

La fotosintesi si può dividere in 3 fasi differenti.

1. L’entrata della CO2 avviene grazie agli stomi che ha la pianta, che sono delle aperture: ovvero la diffusione della CO2 devo far penetrare la CO2 nella foglia e raggiungere i cloroplasti. Ci sono anche dei fattori di resistenza come pareti cellulari, situazione meteorologica.
2. La pianta intercetta energia solare e la trasforma in COMPOSTI DI RISERVA che verranno utilizzati durante le fasi di riduzione.
3. Vengono prodotti veri e propri CARBOIDRATI, CO2 + H + MOLECOLE TRASPORTATRICI DI ENERGIA, che sono fondamentali per la riduzione della CO2.

Viene detta anche fase oscura perché non necessita di luce.

PIANTE C3 => tutte quelle piante caratt