Elementi di botanica: la cellula vegetale e i suoi componenti principali

Produzioni vegetali

La cellula vegetale

La cellula è l'unità morfo-funzionale fondamentale di ogni organismo vegetale e animale. La cellula vegetale è diversa da quella animale in quanto è generalmente più grande e possiede alcune strutture che la contraddistinguono: la parete cellulare, i vacuoli e i plastidi.

reticolo endoplasmatico rugoso apparato di Golgi nucleo nucleolo centriolo reticolo endoplasmatico liscio mitocondrio va cuolo cloroplasto membrana plasmatica parete cellulare

La parete cellulare

La parete cellulare è una struttura rigida presente all'esterno della membrana. La maggior parte delle cellule ha una parete sottile costituita da pectine, emicellulosa e soprattutto cellulosa. Solo le cellule di alcuni tessuti (come quelli meccanici e conduttori) hanno una parete più spessa, talvolta lignificata.

I vacuoli

I vacuoli sono cavità endocellulari delimitate da una membrana, simile a quella cellulare. I vacuoli accumulano acqua, sostanze nutritive di riserva e di rifiuto e sono fondamentali per mantenere il turgore cellulare.

I plastidi

I plastidi sono organelli riconoscibili in base al loro colore e sono distinti in cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti.

• Nei cloroplasti, di colore verde per la presenza di clorofilla, avviene la fotosintesi. Hanno forma ovoidale con una faccia piana e una convessa. All'interno dei cloroplasti è presente un complesso sistema di membrane denominato tilacoidi, immersi in una matrice detto stroma.
• I cromoplasti sono di colore giallo-arancio per la presenza di carotenoidi che conferiscono il colore ad alcuni fiori, frutti e radici.
• I leucoplasti sono incolori e contengono sostanze di riserva, i più comuni sono gli amiloplasti, contenenti amido.

I tessuti vegetali

Un tessuto è un'associazione di cellule con le stesse caratteristiche morfologiche e funzionali. I tessuti vegetali sono distinti in tessuti giovani (o meristematici) e tessuti adulti.

• I tessuti meristematici non sono differenziati, ovvero non svolgono specifiche funzioni, e le cellule di cui sono costituiti conservano la possibilità di moltiplicarsi.
• I tessuti adulti, o definitivi, sono tessuti differenziati, ovvero specializzati a svolgere una particolare funzione; le cellule che li costituiscono hanno perso la possibilità di suddividersi.

Tessuti meristematici

I tessuti meristematici sono distinti in:

• meristemi apicali, presenti negli apici delle radici e dei germogli; sono responsabili dell'accrescimento in lunghezza di fusto e radice;
• cambio cribro-legnoso, produce vasi cribrosi (o floema) verso l'esterno e vasi legnosi (o xilema) verso l'interno;
• cambio sughero-fellodermico (o fellogeno), serve a produrre la corteccia generando sughero esternamente e felloderma internamente. Questi due cambi permettono l'accrescimento del diametro di fusto e radice;
• meristemi cicatriziali, sono cellule di tessuti adulti che riacquisiscono la possibilità di dividersi al fine di riparare lesioni e ferite.

Tessuti adulti

I tessuti adulti si distinguono in base alla funzione che svolgono in:

• tessuti tegumentali, costituiti da cellule appiattite, con parete ispessita, senza spazi intercellulari e senza cloroplasti. La funzione principale di questo tessuto è protettiva. Le cellule hanno inoltre la parete impermeabilizzata da cutina e cere al fine di impedire eccessive perdite di acqua. Alcuni esempi di tessuti tegumentali sono l'epidermide che ricopre le foglie e i giovani fusti, il rizoderma e l'esoderma della radice e il sughero che ricopre le parti legnose di radice e fusto;
• tessuti parenchimatici, costituiti da cellule vive e relativamente grandi, di forma tondeggiante in quanto non possiedono parete cellulare.

Tipi di tessuto parenchimatico

Si distinguono diversi tipi di tessuto parenchimatico:

1. parenchima clorofilliano: si trova negli steli, nei frutti e soprattutto nelle foglie; le cellule contengono numerosi cloroplasti.
2. parenchima di riserva: è costituito da cellule che contengono amido, lipidi e proteine; questo tipo di tessuto si trova principalmente nei semi, nei rizomi e nei tuberi.
3. parenchimi aeriferi e acquiferi: hanno ampi spazi intercellulari nei quali vengono accumulate rispettivamente aria e acqua.

Tessuti meccanici

• tessuti meccanici, o di sostegno, distinti in collenchima (costituito da cellule vive non lignificate) e sclerenchima (costituito da cellule morte lignificate).

1. Le cellule del collenchima hanno parete ispessita solo in alcuni punti; questo tessuto è presente in organi che richiedono contemporaneamente resistenza ed elasticità (come i piccioli delle foglie e gli steli delle piante erbacee).
2. Le cellule dello sclerenchima hanno una parete notevolmente e uniformemente ispessita e si trovano nella parte periferica del fusto al quale conferiscono resistenza meccanica.

Tessuti vascolari

• tessuti vascolari, o conduttori, sono il legno, che trasporta la linfa grezza, e il libro, che trasporta la linfa elaborata.

1. legno o xilema: costituito da cellule cilindriche morte, di cui resta solo la parete, sovrapposte tra loro per formare lunghi elementi conduttori chiamati vasi legnosi. La parete dei vasi è lignificata ma non uniformemente; gli ispessimenti di lignina servono a mantenere aperto il vaso mentre le zone non lignificate consentono il passaggio dell'acqua e delle sostanze in essa disciolte.
2. libro o floema: costituito da cellule vive, allungate, che non presentano ispessimenti. Tra una cellula e l'altra si trova un setto trasversale, sottile e perforato, per questo motivo sono chiamati tubi cribrosi. Il libro è affiancato da tessuto parenchimatico (cellule compagne).

La radice

La radice è la parte della pianta, generalmente ipogea che cresce verso il basso, che ancora la pianta al terreno.

Forme dell'apparato radicale

L'apparato radicale può avere diverse forme:

• apparato radicale fittonante (fig. a): dalla radice principale di dimensione più grande si originano radici secondarie di minori dimensioni, che si diramano a loro volta;
• apparato radicale fascicolato (fig. b): si origina direttamente dalla radice principale, poco sviluppata, e le radici secondarie prendono il sopravvento. L'apparato fascicolato è generalmente meno profondo, ma più espanso di quello fittonante.

a b

Zone della radice

Nella radice possiamo distinguere le seguenti zone:

• Apice radicale: costituito da tessuti meristematici protetti da una struttura chiamata cuffia (cellule specializzate che favoriscono la penetrazione della radice nel terreno).
• Zona di allungamento e accrescimento: in questa zona le cellule aumentano di dimensioni per distensione cellulare e iniziano a differenziarsi nei diversi tessuti.
• Zona pilifera o di assorbimento: il tessuto epidermico è costituito da cellule normali alternate a cellule con estroflessioni citoplasmatiche chiamate peli radicali.
• Zona dei vasi o zona calva: è ricoperta da tessuto epidermico (chiamato esoderma) senza peli radicali.
• Zona rugosa: presente nelle piante con accrescimento secondario (gimnosperme e dicotiledoni).

zona pilifera di assorbimento peli radicali zona di allungamento o accrescimento meristema apicale cuffia

Funzioni della radice

Le funzioni della radice sono:

• assorbimento dal terreno di acqua e di elementi nutritivi e loro trasporto fino al fusto;
• sostegno e ancoraggio della pianta al terreno;
• accumulo di sostanze di riserva: questa funzione è evidente nelle radici a fittone ingrossato;
• sintesi di varie sostanze tra cui ormoni.

L'assorbimento dell'acqua e degli elementi nutritivi avviene nella zona dei peli radicali. L'entrata dell'acqua avviene per osmosi grazie all'elevata concentrazione di soluti presenti nei vacuoli. Invece, gli elementi nutritivi (sotto forma di ioni) entrano nella radice per diffusione e per trasporto attivo.

endoderma banda del Caspary via simplastica corteccia periciclo xilema floema rizoderma via apoplastica

Il fusto

Il fusto (o caule) è la parte della pianta che collega la radice alle foglie e di cui fanno parte anche i rami.

Consistenza del fusto

In base alla consistenza, il fusto può essere erbaceo o legnoso: i fusti erbacei come lo stelo, il culmo e lo scapo hanno una resistenza ridotta e sono capaci di compiere la fotosintesi; i fusti legnosi degli arbusti e degli alberi hanno elevata resistenza meccanica, ma in genere perdono la capacità di fare fotosintesi.

Zone del fusto

Nel fusto è possibile distinguere le seguenti zone:

• apice caulinare, costituito dal cono vegetativo formato da tessuto meristematico grazie al quale il fusto cresce in altezza. Lateralmente a questo si trovano gli abbozzi fogliari da cui prenderanno origine le foglie e i primordi dei rami;
• zona di distensione, in cui le cellule appena prodotte aumentano di dimensioni per distensione cellulare e iniziano a differenziarsi nei diversi tessuti;

Struttura primaria del fusto

• struttura primaria, costituita internamente dai seguenti tessuti: epidermide, parenchima corticale, endoderma, periciclo. Il cilindro centrale è costituito da tessuti conduttori (fasci cribro-vascolari), fibre sclerenchimatiche e cellule parenchimatiche;

epidermide corteccia floema xilema midollo

Struttura secondaria del fusto

• struttura secondaria: nel parenchima corticale il cambio sughero- fellodermico produce sughero verso l'esterno e felloderma verso l'interno. Lo strato sugheroso esterno, chiamato scorza o corteccia, serve alla protezione termica e meccanica e alla riduzione delle perdite di acqua. Nel cilindro centrale il cambio cribro-legnoso produce legno verso l'interno e floema verso l'esterno.

xilema secondario zona corticale floema secondario midollo centrale cambio cribro-legnoso cambio subero-fellodermico zona tegumentale

Funzioni del fusto

Le funzioni del fusto sono:

• trasporto della linfa grezza dalle radici alle foglie e della linfa elaborata dalle foglie a tutti gli altri organi;
• sostegno e inserzione delle gemme, delle foglie, dei fiori e dei frutti;
• accumulo di sostanze di riserva;
• svolgimento della fotosintesi (nei fusti erbacei).

La risalita della linfa grezza nei vasi legnosi avviene per effetto di tre meccanismi fisici: la corrente traspiratoria, la pressione radicale e la capillarità. Il meccanismo più importante è la corrente traspiratoria dovuta alla depressione (15-30 atm) creata dalla traspirazione.

3 l'acqua evapora attraverso le cellule del mesofillo 1 1 1 1 1 2 la linfa grezza risale attraverso i vasi legnosi 1 le radici assorbono l'acqua dal terreno