Elementi di botanica applicata

Elementi di botanica ambientale applicata

Lezione 1

Che cosa è la botanica?

La botanica è la scienza che studia gli organismi vegetali o la scienza che studia le piante. Le piante sono organismi, ovvero esseri viventi. Gli esseri viventi vengono classificati in gruppi tassonomici. Attualmente vengono distinti sei regni dei viventi:

• Batteri (eubatteri e archeobatteri) - Organismi viventi che hanno una cellula procariote. I batteri sono procarioti perché hanno una cellula arcaica, ovvero una cellula in cui il nucleo non è separato da una membrana.
• Protisti - Organismi unicellulari come i batteri, ma con una cellula eucariotica.
• Piante
• Animali - Con digestione interna.
• Funghi - Dalle ife (filamenti) fuoriescono succhi digestivi; la loro digestione è esterna.

Gli ultimi tre regni sono tutti pluricellulari. Gli animali e i funghi sono eterotrofi, mentre le piante sono autotrofe mediante la fotosintesi clorofilliana. La botanica generale descrive la fisionomia delle piante (com'è fatta una pianta, com'è fatta la cellula, un fiore, ecc.).

La botanica sistematica si occupa di classificare e descrivere i diversi gruppi tassonomici di piante. La botanica ambientale si occupa degli aspetti dell'ambiente (praterie, pascoli). La botanica applicata riguarda l'interazione tra botanica e altre discipline. L'anatomia vegetale studia le parti anatomiche delle piante. La fisiologia vegetale si occupa degli aspetti fisiologici (scambi gassosi, passaggi nutrienti). La geobotanica è la botanica legata agli aspetti geologici e morfogeologici. La fitosociologia studia l'interazione delle piante che vivono nello stesso ambiente. L'ecologia vegetale studia l'ecologia delle piante e le loro necessità (luce, acqua, ecc.).

Una pianta che cresce dove le condizioni sono ottimali cresce velocemente. Le piante producono da sole il cibo di cui hanno bisogno tramite la fotosintesi clorofilliana. La pianta prende l'anidride carbonica dall'aria tramite dei pori presenti sulla foglia chiamati stomi. Oltre all'anidride carbonica, prende l'acqua dal suolo attraverso le radici. Tramite l'energia solare, la pianta cerca di trasformare queste sostanze in glucosio e ossigeno, che rilascia in atmosfera tramite gli stomi. L'ossigeno è un prodotto di scarto della fotosintesi clorofilliana.

L'aria che ci circonda è composta al 78% di azoto, al 21% di ossigeno, e all'1% da altri gas e anidride carbonica. Anche le piante hanno una respirazione cellulare. La fotosintesi clorofilliana, che avviene nei cloroplasti, è un processo di nutrizione. Gli animali, invece, producono anidride carbonica come prodotto di scarto della respirazione cellulare. La reazione della fotosintesi non è bilanciata così com'è bilanciata in una felce, che è una pteridofita.

I sori possono essere lineari o tondeggianti, e le felci non producono organi floreali. La pianta chiamata Linajola comune ha sepali che svolgono una funzione protettiva e sono generalmente verdi, proteggendo il fiore quando è chiuso. I fiori sono profumati per attrarre gli animali impollinatori. Il dispendio di energia è finalizzato alla riproduzione.

Un verticillo è un insieme di elementi di una pianta inseriti sullo stesso asse e sullo stesso piano. Gli elementi sterili del fiore comprendono calice e corolla, definiti due verticilli sterili. Gli elementi fertili del fiore si dividono in maschili (androceo) e femminili (gineceo). Il gineceo è costituito dal pistillo, formato da un ovario e uno stilo che termina con uno stigma. Dentro l'ovario ci sono gli ovuli, che fecondati si trasformeranno in semi (contenenti l'embrione) e poi in frutti.

L'androceo è costituito dagli stami, composti da antere (nel cui interno c'è il polline) e filamenti; ciascuno stame è formato da un filamento e da un'antera. Un fiore molto piccolo e poco appariscente è impollinato dal vento. Un fiore colorato e profumato si riproduce grazie agli animali impollinatori, che lo fanno per ricevere una ricompensa, ovvero il polline o il nettare. Una pianta impollinata dal vento deve produrre moltissimo polline (come pioppi, salici, molte graminacee), una riproduzione anemofila, cioè l'impollinazione svolta dal vento.

L'idrofila è l'impollinazione svolta dall'acqua. La zoofila è svolta dagli animali. L'entomofila è svolta dagli insetti. Si usa la terminazione "-cora" per la dispersione dei semi e "-fila" per il polline. L'anemocora si riferisce alla dispersione dei semi attraverso il vento, mentre zoocora, barocora (forza di gravità), e idrocora riguardano altre modalità di dispersione.

Lezione 2

Sono presenti sei regni di cui due con organismi unicellulari procariotici (archeobatteri e eubatteri), tre con cellula eucariotica pluricellulari e uno con cellula eucariotica unicellulare. I procarioti sono sempre unicellulari. Sono costituiti da una parete e una membrana plasmatica; all'interno del nucleo abbiamo i ribosomi, gli unici organelli che troviamo nella cellula procariotica. Il DNA non è protetto da una membrana nucleare che la separa dal citosol; tuttavia, il DNA è presente in una regione ben definita detta nucleoide.

I ribosomi sono responsabili della sintesi proteica, ovvero la produzione delle proteine. Le informazioni necessarie alla produzione delle proteine sono contenute nel DNA. Le proteine sono molecole lunghe e complesse costituite da elementi più semplici detti amminoacidi (sono 20 e ognuno è prodotto nell'organismo a partire da una sequenza di DNA a partire da tre basi azotate che si chiamano adenina, citosina, guanina e timina). Nell'RNA non c'è timina ma uracile.

Il DNA è quindi una sequenza di basi azotate, e ogni tripletta di basi azotate codifica per un amminoacido. In base alla sequenza letta, viene prodotta una specifica proteina; la cellula in base alle sue esigenze sceglie la sequenza corretta. Non tutte le cellule presentano una parete cellulare, che è presente solo nei funghi, nelle piante e nelle cellule procariotiche.

Tutto ciò che è all'interno della membrana è detto citoplasma, tranne il nucleo. La parte liquida del citoplasma è detta citosol. È formata da alcuni organelli:

• I ribosomi che producono le proteine come nella cellula procariotica;
• I mitocondri, che hanno la funzione della respirazione cellulare;
• I vacuoli, grosse regioni che coprono più della metà della cellula, con la funzione di mantenere rigida la cellula;
• I cloroplasti (o più in generale plastidi), che sono di varia natura e contengono la clorofilla.

I cromoplasti danno la colorazione (i carotenoidi danno il colore arancione). I plasmodesmi sono ponti di citoplasma che collegano due cellule adiacenti. Le cellule animali non hanno vacuoli, parete e plastidi.

Come si è arrivati da un punto di vista evolutivo alla cellula eucariotica? Attraverso l'endosimbiosi, in cui un organismo viene inglobato dentro l'altro. La simbiosi è una relazione tra due organismi viventi in cui entrambi traggono vantaggio, come il rapporto tra flora intestinale e i miliardi di batteri che vivono nel nostro intestino. Questi batteri traggono vantaggio perché sono protetti nell'intestino, e noi traiamo vantaggio da loro perché senza di essi non digeriremmo molte pietanze. Il contrario della simbiosi è la parassitosi.

La fagocitosi è la capacità posseduta da diverse cellule di ingerire materiali estranei e di distruggerli. Nella seconda fase di fagocitosi, le cellule procariotiche più piccole che vengono fagocitate sono autotrofe, entrano in questa cellula più grande e vanno a formare i cloroplasti.

Quando gli elementi sterili sono tutti simili, e non si distingue quindi un calice da una corolla, parliamo di tepali (per distinguerli dai fiori che hanno sepali e petali). Quando parlo di taxon indico un livello tassonomico specifico.

Flora e vegetazione sono due termini che spesso vengono usati come sinonimi ma che in realtà sono due concetti differenti. La flora è un elenco o insieme di tutte le piante di un determinato luogo o contesto ecologico (es. bosco, campo, ecc.). Attraverso delle chiavi analitiche è possibile individuare la specie di alcune piante. Le piante coltivate non fanno parte della flora.

La filogenesi è lo studio dei rapporti evolutivi esistenti tra i diversi taxa. Quando c'è stato l'ultimo antenato in comune. Oggi conosciamo circa 450.000 tipi di piante vascolari (felci, pteridofite, angiosperme, gimnosperme a seme nudo, ovuli non protetti dall'ovario) a livello mondiale. Le spermatofite sono piante a seme che si riproducono tramite seme, tutte le piante esistenti tranne muschi e alghe. I domini sono solo due: procarioti e eucarioti.

Lezione 3

Un gruppo monofiletico è un insieme di taxa formato da un progenitore e da tutte le entità che ne discendono (es. Clade A nell'albero filogenetico). L'obiettivo del tassonomo è costruire gruppi monofiletici quando attribuisce i vari taxa ai gruppi tassonomici.

Un gruppo parafiletico include solo una parte dei discendenti di un antenato comune, mentre altri discendenti vengono inclusi in altri gruppi tassonomici (es. Taxa 2, 3 e 4 dell'albero filogenetico: il taxon 1 è stato escluso dal tassonomo ed è attribuito ad un altro rango tassonomico, c'è stato un errore perché il taxon 1 discende dallo stesso antenato dei taxa 2, 3 e 4).

Un gruppo polifiletico è costituito da entità che non hanno un progenitore in comune, cioè hanno origini da stirpi ancestrali differenti. Tornando indietro nel tempo, verso la radice dell'albero filogenetico, prima o poi tutti i gruppi hanno un antenato in comune (es. il tassonomo costruisce un gruppo tassonomico con i taxa 1, 2, 3, 4, 5, 6 = gruppo artificiale in quanto i taxa 5 e 6 non hanno antenati in comune con gli altri taxa).

Un esempio di gruppo monofiletico è quello delle monocotiledoni, una tipologia delle angiosperme. Le magnolidi sono delle angiosperme basali che si sono staccate nella prima fase di evoluzione dalle angiosperme, come le magnolie e la pianta del pepe. Le specie vengono indicate con una nomenclatura binomia, introdotta da Linneo, studioso svedese che nel 1753 pubblicò "Species Plantarum".

Prima di Linneo, gli organismi viventi venivano indicati con una lunga descrizione, difficile da ricordare. Con Linneo, e quindi con la nomenclatura binomia, le specie si indicano con due parole latine: la prima indica il genere, la seconda è l'epiteto specifico, entrambe scritte in corsivo seguite dal nome di colui che le ha descritte per la prima volta. L'epiteto può essere un aggettivo (declinato allo stesso modo del genere) o un sostantivo (mantiene il proprio genere, maschile, femminile o neutro). Il nome del genere va scritto in maiuscolo, l'epiteto in minuscolo. Il nome dell'autore è detto patronimico.

Problematiche: l'italiano non è conosciuto ampiamente. Più specie in italiano a volte vengono indicate con lo stesso nome oppure la stessa specie viene nominata con nomi diversi a seconda della regione; non c'è univocità tra il nome italiano e la specie. Le specie vegetali sono organismi viventi e, come tali, tendono ad invadere nuovi territori se non vengono controllate da fattori esterni, biologici o abiotici. Ogni specie ha un suo optimum ecologico: luce, precipitazioni, disponibilità idrica, esposizione, suolo (es. calcareo, pH basico; vulcanico, pH acido) - tutti fattori ecologici che influenzano le piante. Se le condizioni diventano meno buone, la pianta non fiorisce più ma cresce; se peggiorano ulteriormente, non cresce nemmeno, e nei casi peggiori muore. Per ogni parametro, quindi, c'è un minimo o un massimo tra cui la specie sopravvive, ad esempio le temperature.

La nicchia ecologica è data dai range di ciascun parametro ecologico, all'interno della nicchia la specie può vivere; basta un solo parametro al di fuori del range per far morire la specie. La maggior parte delle specie introdotte in un nuovo ambiente non trovano condizioni ideali per la loro crescita. Quelle che trovano condizioni idonee spesso non trovano i fattori limitanti nei paesi d'origine.

Le specie possono essere coltivate (dall'uomo) o spontaneizzate (es. pianta coltivata il cui seme cade nel giardino e, se le condizioni sono ottimali, può germinare). La prima generazione è detta casuale (solo una generazione in natura, condizioni non buone), la seconda naturalizzata (rimangono nel tempo, condizioni buone), e la terza invasiva (condizioni ottimali, sottrae alimenti, luce e acqua alle specie autoctone che possono anche estinguersi).

Lezione 4

Le angiosperme sono un gruppo monofiletico, il che significa che comprende un antenato e tutti i discendenti di quest'antenato. Lo stesso discorso vale per le monocotiledoni. Le angiosperme sono monofiletiche. Un taxon autoctono è proprio di quel luogo. Al contrario, le piante alloctone non appartengono a un luogo.

Le piante che importiamo, ad esempio nei nostri giardini, sono alloctone e non costituiscono un problema per la biodiversità poiché rimangono nel giardino. L'evoluzione si basa sulle mutazioni genetiche presenti in ogni specie, ma non sempre l'evoluzione corrisponde a un miglioramento della specie. Ogni specie ha mutazioni genetiche, il che la rende unica e diversa dalle altre. È in base a questo che ogni specie deve adattarsi insieme alle altre allo stesso ambiente; chi riesce ad adattarsi meglio avrà la meglio sulle altre.

Un pool genico è un insieme di individui di una popolazione che convive con altre specie che a loro volta hanno un altro genoma. Gli individui più "intelligenti" o adatti hanno una maggiore capacità riproduttiva. Le specie alloctone possono avere caratteristiche genetiche più vantaggiose, capaci di riprodursi e trasmettere i geni vantaggiosi.