Introduzione alla botanica

Introduzione alla botanica
UNIVERSITA’ DELLA TERZA ETA’ ARICCIA 1--Le piante entrano nella nostra vita molto più di quanto possiamo immaginare. Esse ci forniscono oltre al cibo, fibre per il vestiario, legno per i mobili, per l’edilizia e come combustibile, carta per i libri, spezie, farmaci, nonché l’ossigeno che respiriamo. Possiamo quindi affermare con certezza che la nostra vita dipende dalle piante. Quindi lo studio delle piante ci aiuterà a guardare dentro la natura della vita stessa permettendoci, oggi con metodi più avanzati, quali tecnologie molecolari e computerizzate, di capire e permettere ad esse di continuare a svolgere nel migliore dei modi la loro funzione nel futuro. Il termine botanica deriva dal greco botàne che vuol dire erba. TERZA LEZIONE Dott. CINTONI CARLO

Riproduzione agamica o Propagazione vegetativa Riproduzione sessuata

Riproduzione agamica o vegetativa
La più semplice modalità di riproduzione è quella agamica:un nuovo individuo ha origine da un frammento dell’individuo genitore, con il quale ha in comune l’intero corredo cromosomico. A meno di mutazioni genetiche spontanee, gli individui che si originano sono tutti geneticamente identici fra loro ed al genitore.

Nelle cellule eucariote la divisione del materiale genetico è molto più complessa, sia perchè esse contengono circa mille volte più DNA di una cellula procariota sia perché esso è di tipo lineare e forma numerosi cromosomi separati tra loro. Ogni cellula che si divide deve ricevere esattamente una ed una sola copia di ciascun cromosoma della cellula madre Ciò è possibile grazie ad un processo che va sotto il nome di mitosi Negli organismi unicellulari, la propagazione vegetativa avviene solitamente per scissione diretta altre modalità possono essere la gemmazione oppure la sporulazione È la divisione cellulare usata prevalentemente dai procarioti, in essi il dna associato ad un certo numero di proteine(cromosoma) si duplica prima che la cellula si divida

negli organismi cellulari più complessi, la propagazione avviene in genere per frammentazione Singole cellule , gruppi di cellule o porzioni di individuo, specializzati in questa funzione oppure no, si distaccano e originano nuovi individui. Anche nei pluricellulari può avvenire una forma di sporulazione, con emissione di spore unicellulari dette mitospore o conidi

Coltura di tessuti vegetali. Teoricamente, qualsiasi cellula vegetale, a eccezione di quelle prive di nucleo o con una parete secondaria rigida, ha la capacità potenziale di rigenerare l’organismo da cui è derivata. Tale cellula è detta totipotente. Insieme di cellule dello stesso tipo forma un tessuto; i tessuti e i sistemi di tessuti si organizzano in organi; una specifica aggregazione e disposizione spaziale di organi costituisce l’organismo. Le piante possono essere rigenerate in vitro (in condizioni artificiali) partendo da esplanti di organi (apici radicali e del germoglio, gemme, primordi fogliari, embrioni in sviluppo, squame di gemme e cosi via), da esplanti di tessuti (midollo, corteccia, epidermide, floema, nocella), da cellule (parenchimatiche, collenchimatiche, granuli pollinici uninucleati o binucleati) o da protoplasti. Lo schema illustra alcune delle vie che possono essere seguite per ottenere la micropropagazione.

Gli organismi vegetali più complessi, organizzati in tessuti ed organi, anche porzioni costituite da tessuti altamente differenziati (ad es. un rametto, una foglia, una gemma ecc.)sono in grado di dare origine ad un nuovo individuo, riformando tutti i tessuti e gli organi necessari grazie alla capacita delle cellule di sdifferenziarsi e originare tessuti meristematici che producono organi avventizi.

L’uomo utilizza la propagazione vegetativa per moltiplicare le piante coltivate per mezzo di: propaggini Talee Margotte Innesti Grazie a queste pratiche è possibile in breve tempo ottenere da un’unica pianta madre molti esemplari, tutti con lo stesso patrimonio genetico, quindi con le stesse caratteristiche, dell’individuo da cui derivano

Vantaggi e problematiche Nelle sue diverse modalità, la propagazione vegetativa consente una rapida colonizzazione dell’ambiente, ma non favorisce l’insorgenza di nuovi caratteri, la cui comparsa rimane legata in questo caso ai soli fenomeni di mutazioni spontanee. In linea generale la riproduzione agamica risulta più adatta ad ambienti stabili, dove la rapidità di diffusione è più importante del mantenimento della diversità tra gli individui di ciascuna popolazione

Riproduzione sessuata
La sessualità compare esclusivamente negli eucarioti. Questa modalità riproduttiva consente non solo l’aumento del numero degli individui, ma anche quello della loro diversità grazie alla possibilità di comparsa di nuovi caratteri. Anche se con modalità diverse fra i vari gruppi , la riproduzione sessuale è scandita sempre da due eventi fondamentali: la meiosi e la gamia (o fecondazione).

Per capire la meiosi dobbiamo di nuovo prendere in esame i cromosomi, prestando molta attenzione al loro numero. In tutti gli organismi eucarioti le cellule sessuali hanno esattamente la metà del numero di cromosomi che è caratteristico delle cellule somatiche dell’organismo. Queste particolari cellule sono dette gameti (gr. Gamêin-sposare), ed indicate con un numero di cromosomi n-aploide (serie singola), mentre quelle somatiche sono conosciute come numero 2n-diploide (serie doppia) Cellule somatiche con più serie di cromosomi sono dette poliploidi tipiche delle angiosperme

Al momento della meiosi, cellule diploidi subiscono un particolare tipo di divisione in due fasi principali, da cui si originano cellule aploidi. Le 4 cellule originatesi per la meiosi sono dette meiospore

Il processo della meiosi

CICLO DIPLONTE Non esiste una fase aploide Le spore originatesi dalla meiosi, cellule aploidi funzionano direttamente da gameti. Tutti gli animali sono diplonti come pure molte alghe CICLO APLODIPLONTE Sono presenti sia gametofito che sporofito. Le due fasi possono corrispondere a due individui autonomi, indipendenti fra loro. Tutte le piante terrestri sono aplodiplonti CICLO APLONTE Non esiste la fase diploide. L’unica cellula diploide è lo zigote che subisce subito la meiosi generando le meiospore. È tipico dei protisti Dalla germinazione di una meiospora si origina la fase aploide dell’organismo (gametofito) Ad un certo punto esso produce cellule specializzate nella riproduzione i gameti. Questi hanno il solo scopo di fondersi tra loro mettendo in comune il loro corredo cromosomico dando di nuovo inizio alla fase diploide. L’unione di due gameti è detta gamia, la cellula che si origina si chiama zigote e costituisce la prima cellula del nuovo organismo (sporofito). L’alternanza di queste due generazioni (gametofito -sporofito) è anche chiamata ciclo ontogenetico

Vantaggi e svantaggi Attraverso i processi di riproduzione sessuata avviene un continuo rimescolamento del patrimonio genetico. Possiamo dire che essa è il principale motore della diversità genetica tra gli individui e la prima causa dell’insorgenza di nuovi caratteri. In questo senso è uno degli strumenti fondamentali dell’evoluzione, dal momento che consente la continua comparsa di nuovi caratteri da sottoporre al vaglio della selezione naturale.

Le “non piante” Durante i nostri incontri ci occuperemo solo delle vere piante (regno Plantae ), tuttavia non possiamo evitare di accennare alcuni tratti sommari su altri gruppi di viventi tradizionalmente trattati sui manuali di sistematica vegetale. Essi sono: I PROCARIOTI O BATTERI (regno Monera) I FUNGHI E GLI ORGANISMI AFFINI (regno Mycota o Fungi) LE ALGHE

I procarioti o batteri (regno Monera)

Pseudomonas marginalis Un batterio molto comune nei suoli che causa il marciume molle in molti ortaggi E. Coli

Magnetospirillum magnetotacticum Gli spirilli sono meno comuni degli altri . I flagelli sono presenti in entrambe le estremità di questa cellula isolata in una palude. Le linee più scure sono particelle magnetiche che le permettono di orientarsi secondo il campo magnetico terrestre Micrococcus luteus Molti batteri a forma di cocchi possono formare delle catenelle e vengono detti streptococchi, degli agglomerati a grappolo detti stafilococchi, o a cubo detti sarcine Clostridium botulinum Fonte di una tossina che provoca un avvelenamento mortale dei cibi o botulismo. È un bacillo Le strutture a sacco sono endospore resistenti al calore e non facilmente distruggibili.

Archaea alofili estremi che si sono sviluppati in vasche d’evaporazione d’acqua marina, visti da una foto aerea scattata vicino alla Baia di San Francisco, in California. gli alofili si sviluppano determinando delle vaste fioriture (booms) che colorano l’acqua marina di rosa o di rosso porpora. Una sorgente termale bollente nello Yellowstone National Park, con emissione di vapori ricchi in solfuro di idrogeno. Questo è un tipico habitat degli Archaea termofili estremi, dove, a causa del calore e dell’acidità, non possono svilupparsi forme di vita superiori. Gli archea formano uno strato intorno alla sorgente

Una porzione di una particella di TMV (virus del mosaico del tabacco) determinata mediante cristallografia ai raggi X. Il singolo filamento di RNA, in rosso, si incastra nei solchi delle subunità proteiche che si assemblano elicoidalmente a formare un capside.

(c) del virus del mosaico del fagiolo e (d) del virus del mosaico giallo della rapa. Tutti questi virus sono a forma di icosaedro; le loro subunità sono disposte a formare strutture a venti lati o variazioni di queste. Virus delle piante. Proteine dei capsidi determinate alla cristallografia ai raggi X del (a) virus della screziatura dorotica del fagiolo, (b) del virus del rachitismo del pomodoro,

Il virus del mosaico del tabacco (TMV). (o) Foto al microscopio elettronico a trasmissione che mostra particelle virali in una cellula del mesofillo di una foglia di tabacco.

Il virus è trasmesso dalla cicadella del trifoglio (Agallia constricta). Questa foto al microscopio elettronico mostra una cellula dell’epidermide del trifoglio, I virus si sono formati nella struttura a forma di favo in alto a sinistra, Singole particelle virali possono essere viste nell’area scura sottostante. Tumori prodotti dal virus del tumore da ferita nel meliloto bianco, Melilotus alba Particelle del virus del tumore da ferita (indicate dalle frecce) in una fotografia al microscopio elettronico di una cellula della pianta ospite.

I funghi (regno Mycota o Fungi)
Sono organismi eucarioti caratterizzati da : Nutrizione eterotrofa e mancanza di plastidi e clorofilla; Nutrizione in genere per assorbimento dopo digestione esterna con esoenzimi; Cellule non organizzate in tessuti, spesso di aspetto filamentoso (ife) riunite in miceli; Parete cellulare non cellulosica; di solito a base di chitina, composto assente nei vegetali ma presente in insetti e crostacei; Presenza diffusa di propagazione vegetativa per mezzo di singole cellule (conìdi o mitospore) impropiamente dette spore; Assenza di organi pluricellulari (sporangi e gametangi); Ciclo ontogenetico per lo più di tipo aplonte.

I funghi vivono come saprofiti parassiti simbionti I funghi saprofiti (gr.saprós-putrido e phytón-pianta) riescono a degradare praticamente tutte le sostanze di origine organica. Svolgono un ruolo essenziale come decompositori, ma sono anche responsabili di danni a derrate, materiali, manufatti. Le micorrize (gr. mýkēs-fungo e rhíza-radice ) sono simbiosi (gr. simbíōsis-convivenza) tra funghi e radici di piante. La pianta sfrutta la capacità del fungo di assorbire acqua e minerali in terreni poco fertili e il fungo utilizza i carboidrati sintetizzati dalla pianta. Claviceps purpurea Penicillum digitatum Tuber magnatum Tartufo bianco,trifola Boletus aurantiacus Porcinello rosso Amanita caesaria Ovulo buono Pleurotus ostreatus Gelone, orecchione I funghi parassiti includono molte specie che causano gravi malattie alle piante Mycena inclinata Stereum hirsutum

I licheni sono simbiosi tra fungo e un organismo fotosintetico che può essere un’alga verde o un cianobatterio. Il fungo trae nutrimento da essi permettendole di sopravvivere in ambienti autonomamente non vi riuscirebbero. Sono organismi pionieri diffusi nelle tundre, si propagano per mezzo di frammenti specializzati detti soredi

I funghi comprendono ascomiceti, basidiomiceti e altri gruppi meno importanti (zigomiceti, deuteromiceti ecc.)

Sono ascomiceti importanti patogeni delle piante ma anche specie di lievito per la produzione delle bevande alcoliche (vino , birra) e per la lievitazione del pane. Il loro nome deriva dal sacco che contiene le loro spore l’asco . Le ascospore , 8 ognuno, possono dare per gemmazione o frammentazione un numero maggiore di spore secondarie Le spore restano nell’asco finchè la fuoriuscita non viene operata da agenti biologici o da larve

Gli aschi sono frutto della riproduzione sessuata delle ife. Alcune cellule di esse sono considerate donatrici(♂-anteridio) por-tano diversi nuclei all’interno delle cellule accettrici (♀-ascogonio) per mezzo di una piccola proboscide detta tricogino Dalle basidiospore si formatesi i nuclei primari che si uniscono fra loro formando un micelio secondario; questo forma il corpo fruttifero del fungo, nel cui cappello sono portati i basidi che lasceranno libere le spore Le ife che contengono due nuclei (dicarion) sono quelle che ad un certo punto del ciclo di sviluppo producono l’asco

Boletus edulis

Nella classificazione dei funghi si fa riferimanto alla forma degli apparati riproduttori,delle spore, del cappello, della volva, delle lamelle, del gambo ecc. Nonché del colore e del sapore della carne

2. Vivono per la maggior parte in acqua, nel mare o nelle acque dolci.
Le alghe Sotto il nome di alghe vengono conprese specie che presentano una sterminata varietà di dimensioni e forme. Ad una estremità della “scala” troviamo alghe unicellulari microscopiche, delle stesse dimensioni dei batteri: se ne possono trovare milioni in una goccia d’acqua! Hanno forme ovali, a sferetta, a disco, ad astuccio, a filamento, a bastoncino... Alcune di esse posseggono uno o più flagelli, che permettono loro di muoversi come fossero animali; altre possiedono un rivestimento di sali minerali, come una corazza, traforato e di forma regolare. All’estremità opposta ci sono alghe gigantesche, fissate al fondo marino con organi simili a radici: possono arrivare a m di lunghezza e a qualche quintale di peso (ne è un esempio l’enorme alga bruna raffigurata qui sopra: osserviamo le sue dimensioni a confronto con quelle di un uomo!). Dire che cosa è un’alga non è facile, perché con questo termine si indica un insieme di vegetali straordinariamente ricco di specie (oltre ) molto diverse fra loro, sia per forma che per modi di vita. 1. Le alghe non hanno nè radici , nè fusto, nè foglie vere e proprie, nè fiori. Che cosa resta allora? Delle cellule poste le une vicino alle altre, senza vasi dove circoli la linfa. Il corpo “semplice” delle alghe sichiama tallo, e perciò le alghe, insieme ai funghi, sono dette Tallofite. 2. Vivono per la maggior parte in acqua, nel mare o nelle acque dolci. E difficile “inquadrarle” in base alle loro caratteristiche, e infatti la moderna sistematica non le considera come un gruppo unitario: i botanici, infatti, ci dicono che “alghe” è un nome collettivo con cui si indicano diversi gruppi di vegetali con alcune caratteristiche comuni. 3. Sono provviste di clorofilla e perciò compiono, come le piante superiori, la funzione clorofilliana: sono le più semplici fra le piante verdi, cioè produttrici di ossigeno!

Le sette divisioni sono: Rhodophyta (alghe rosse)
Le alghe Ricapitolando: Le alghe sono viventi eucarioti, fotosintetici, con cloroplasti provvisti di clorofilla associata a pigmenti diversi. Vivono in ambienti acquatici o umidi e sono prive di tessuti conduttori e di organi pluricellulari. Comprendono organismi molto diversi per dimensioni, organizzazione cellulare , ciclo ontogenetico, tipo di gamia. Sono un gruppo polifiletico, in cui vengono distinte per lo più sette divisioni, tutte incluse nell’eterogeneo regno dei protista Le sette divisioni sono: Rhodophyta (alghe rosse) Phaeophyta (alghe brune) Chrysophyta (diatomee e alghe giallo-dorate) Cryptophyta Pyrrophyta Euglenophyta Chlorophyta (alghe verdi)

Rhodophyta o alghe rosse
Le alghe Batrachospermum moniliforme Porolithon craspedium Rhodophyta o alghe rosse Abbondano nelle acque calde e tropicali sebbene molte siano presenti nelle regioni più fredde del mondo. Vi sono dalle 4000 alle 6000 specie conosciute in circa 680 generi. Soltanto alcune di esse sono unicellulari o filamenti microscopici. Bonnemaisonio hamifera

Phaeophyta o alghe brune
Le alghe Phaeophyta o alghe brune Sono prevalentemente unicellulari o coloniali, abbondanti nelle acque dolci e nei mari di tutti i paesi. Particolarità sono la presenza di pseudoradici che in realtà sono delle ventose; e delle piccole cisti ripiene d’aria che vengono sfruttate per spostare in alto le fronde verso la luce. Laminaria Durvillea antartica Fucus vesiculosus

Chlorophyta o alghe verdi
Le alghe Chlorophyta o alghe verdi Crescono generalmente negli strati più superficiali dei corpi d’acqua. Comprendono forme unicellulari, pluricellulari,coloniali. Molte delle loro caratteristiche fanno suppore che le progenitrici acquatiche delle piante fossero organismi simili a alghe verdi. Nelle maggior parte dei casi sono alghe verdi e non muschi che crescono sui massi lungo i corsi d’acqua, sui muri umidi, sui tronchi degli alberi. acetabularia Ulva lactuca o lattuga di mare

Phyrophthoro infestons,
Le alghe Phyrophthoro infestons, che causa la distruzione della patata. Le cellule della foglia di patata sono in verde. In presenza d’acqua e a basse temperature si possono verificare due casi; le zoospore possono essere liberate dagli sporangi e nuotare fino a trovare un sito opportuno per la germinazione (come illustrato in figura), oppure gli sporangi possono germinare direttamente, mediante un filamento germinativo. Alghe in ambienti nivali provocano la colorazione in rosso delle nevi. Foto scattata a Beartooth Pass- Arizona Alcune curiosità Lago di TOVEL nel trentino La colorazione delle acque è dovuta a una microscopica alga delle pirrofite (Glenodinium sanguineum) che produce numerosi granuli di pigmento rosso

Le alghe Chi fa una capatina in Giappone o, semplicemente, si reca a cena in ristorante orientale, può fare la conoscenza delle alghe anche a tavola. Un ‘alga rossa simile alla nostra lattuga viene coltivata o raccolta sugli scogli, durante la bassa marea. Cotta e condita con salsa di soia, quest’alga è entrata da molti anni , nell’alimentazione umana. Ma noi europei non abbiamo contatti del genere con le alghe? Certo! Comperiamo una confezione qualunque di budino e leggiamo il nome degli ingredienti: latte, zucchero, cacao e sale, carragenina... Che cosa è questa carragenina? E una sostanza che si estrae da un ‘alga rossa, e che ha la proprietà di addensare i liquidi, latte compreso Per questo,la carragenina viene usata per preparare budini, marmellate, gelatine e cosmetici. Da altre alghe si ricavano polveri speciali chiamate alginati. Forse non pensiamo alle alghe quando gustiamo un gelato! Eppure il nostro gelato deve la sua consistenza cremosa a un po’ di alginato che viene mescolato agli altri ingredienti: il suo “compito” è quello di evitare che il gelato si sciolga troppo rapidamente. Sulle coste della Francia e dell ‘Europa del nord si falciano le alghe, come se fossero erba, durante la bassa marea. Queste vengono usate come foraggio per il bestiame, e, in alcuni casi, come concime

Le alghe Quando i frutti di mare, quali mitili e altri bivalvi commestibili, ingeriscono dinoflagellate o altri organismi tossici, essi accumulano e concentrano le tossine. A seconda della specie di organismo tossico ingerito, i bivalvi stessi possono divenire tossici per l’uomo che se ne ciba. Lungo le coste atlantiche, la pesca è normalmente interrotta in estate; spesso la gente accusa segni di avvelenamento dopo aver consumato cozze, ostriche, pettini o bivalvi raccolti in certe regioni. Altre dinoflagellate sono responsabili della formazione di maree rosse in diverse zone: Gonyaulox tamarensis è l’organismo coinvolto lungo le coste dell’Atlantico nordorientale, dalle pro-vince marittime canadesi sino alla parte meridionale del New England, mentre Gymnadinium catenella causa maree rosse lungo le coste del Pacifico, dall’Alaska alla california, Ptichodiscus brevis nel Golfo del Messico e Protogonyaulox tamarensis nel Mare del Nord, al largo delle coste del Northumberland, in Gran Bretagna. Oltre 40 specie marine di dinoflagellate sono state identificate come produttrici di tossine che uccidono uccelli e mammiferi, rendono tossici i frutti di mare o producono una diffusa malattia tropicale che avvelena i pesci Alla fine dell’agosto 1987, la costa occidentale della Florida fu invasa da una delle più dannose maree rosse una tra le dozzine che si ricordino essersi verificate in quella località negli ultimi 150 anni. Centinaia di migliaia di pesci morti furono spiaggiati e furono persi milioni di dollari provenienti dal turismo. L’organismo responsabile della maggior parte delle maree rosse nel Golfo del Messico, e degli effetti a esse correlati, è il dinoflagellato Gymnodinium breve. In seguito a un periodo di attiva riproduzione di G. breve, si determinò una fioritura algale tossica talmente abbondante da tingere il mare di un colore bruno rossastro.

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