COME SI DIFENDONO LE PIANTE.

 

Negli habitat naturali ed in coltivazione le piante sono circondate da un gran numero di potenziali predatori e patogeni come i batteri , i virus, i funghi, i nematodi, i bruchi, gli insetti i mammiferi ed altri animali erbivori.
Per la loro natura, statica, le piante non possono evitarli spostandosi come fanno gli animali o noi uomini ma devono mettere in atto altri sistemi per proteggersi.
In questa relazione vorrei descrivere alcuni di questi meccanismi come:

  1. la protezione delle superfici  (cere,  cutina e suberina)
  2. la presenza di alcuni metaboliti secondari (terpeni, composti fenolici, e composti azotati)
  3. le risposte specifiche delle piante all'attacco di patogeni e lo scambio di segnali associato all'infezione

CUTINA, SUBERINA E CERE
Tutte le superfici delle piante esposte all'atmosfera sono ricoperte da strati di materiale lipidico per limitare la perdita di acqua e limitare l'ingresso di funghi e di batteri patogeni.
La cutina si trova nella maggior parte delle zone epigee, mentre la suberina  è presente nelle parti ipogee (radice), nel fusto e nelle cicatrici. Le cere sono associate sia alla cutina che alla suberina.
La cutina è una macromolecola idrofobica formata da esteri di acidi grassi a lunga catena
La cutina forma una struttura multistratificata che riveste la parete cellulare dell'epidermide delle piante
Le cere sono miscele complesse di lipidi a lunga catena  e sono depositate sotto forma di goccioline attraverso pori della parete . Sulla superficie della cuticola cristallizzano formando intricate strutture a bastoncino, tubo o a placca.
La suberina è anch'essa formata da esteri di acidi grassi  complessi che danno impermeabilizzazione e non lasciano passare la luce. E' presente nella parte esterna delle cortecce (radice e fusto) e nei tessuti di cicatrizzazione (ferite, absissione ecc)
Il loro effetto oltre ad essere di tipo meccanico si basa sul fatto che i batteri ma soprattutto i funghi hanno bisogno di acqua per la loro meccanismo infettivo. La presenza di cere e suberina tiene lontano l'acqua e rallenta i processi infettivi.  Ci sono però alcuni funghi che sintetizzano cutinasi, un enzima che idrolizza la cutina.
METABOLITI SECONDARI
Sono i metaboliti che non hanno ruoli ben definiti nei processi principali delle piante come la fotosintesi, la respirazione, la traslocazione dei soluti ecc.
Fino a non molti anni fa', si pensava che fossero semplicemente dei prodotti terminali del metabolismo, senza alcuna funzione oppure dei semplici prodotti di rifiuto.
Recentemente è stato dimostrato che tali metaboliti hanno importanti funzioni ecologiche:

  1. difesa da erbivori e dalle infezioni da microbi
  2. attrazione per gli animali impollinatori e per la distribuzione dei frutti
  3. competizione pianta-pianta (allelopatia)

Come sono arrivate le piante a produrre questi metaboliti secondari e perché tale informazione genetica è rimasta?
Secondo i biologi evoluzionisti , una mutazione casuale ha portato alla formazione di un nuovo composto che è risultato tossico per gli erbivori o per i microbi patogeni. Le piante che possedevano tale metabolita potevano riprodursi più facilmente e lasciare più discendenti  tramandando i loro caratteri genetici alle generazioni susseguenti.
Queste stesse caratteristiche, però le resero anche meno appetibili per l'uomo che, per quanto riguarda le specie alimentari, continuò a propagare le piante a lui più edibili. In questo modo, però, ha reso tali piante coltivate molto più suscettibili alle malattie e all'attacco degli insetti patogeni.
Possiamo identificate tre categorie di  metaboliti secondari:

  1. i terpeni
  2. i composti fenolici
  3. i metaboliti contenenti azoto

TERPENI
I terpeni sono una classe di composti molto vasta  con caratteristiche idrofobiche.
Sono deterrenti per un grande numero di insetti e di mammiferi fitofagi (esempio molti principi amari come nel radicchio o nella genziana)
Alcuni esempi sono i piretroidi delle foglie dei crisantemi che presentano una potente attività insetticida  e allo stesso tempo una grande biodegradabilità e bassa tossicità per gli animali e l'uomo.
Nelle conifere, molti terpeni si condensano nelle resine prodotte nei canali resiniferi presenti negli aghi, nei rami  e nella corteccia. Tali terpeni sono tossici  per numerosi insetti compresi alcuni coleotteri delle cortecce.
Molte piante presentano miscele di terpeni vari denominate oli essenziali che impartiscono un odore caratteristico alle foglie e ai legni  che le producono. Menta, salvia, rosmarino, limone, sandalo sono piante che producono tali sostanze
Vengono prodotti ed accumulati da peli ghiandolari  particolari e rappresentano un deterrente olfatttivo per numerosi animali ancora prima che questi possano dare un morso di assaggio.
Recentemente è stato dimostrato che alcuni terpeni vengono sintetizzato solo in seguito al morso di un insetto erbivoro. Queste sostanze attraggono i nemici naturali degli erbivori (predatori naturali  e insetti parassiti) che uccidono gli insetti erbivori aiutando la pianta a ridurre il danno.
Varie piante che contengono laticiferi come le euforbiacee producono un latice ricco di forbolo che è potenzialmente irritante per la pelle dei mammiferi.
Al gruppo dei triterpeni appartengono  i fitoectisoni molecole steroidee con una formula di struttura molto simile agli ormoni della muta degli insetti . L'ingestione di tali sostanze impedisce il processo di muta di tali insetti con esiti letali.
Altro gruppo di composti triterpenici con attività antierbivora è costituita dall'azadiractidina, un limonoide complesso estratto dall'albero Azadiractha indica originario dell'Africa e dell'Asia. Già a piccole dosi è deterrente alimentare per vari insetti e tossico per altri.
Alcuni erbivori possono eludere gli effetti tossici dei metaboliti secondari mediante enzimi che rompono tali molecole tossiche.
Addirittura alcuni erbivori immagazzinano prodotti secondari per proteggersi dai loro predatori. Esempio la farfalla monarca delle Asclepiadacee.
FENOLI
Sono molto comuni e si presentano in numerose forme chimiche.
Alcuni esempi possono essere le furanocumarine delle Umbrellifere e delle Rutacee che diventano irritanti tossiche quando, dopo l'ingestione, sono attivate dalla luce UV.
Foglie, radici di piante, lettiere in decomposizione rilasciano nell'ambiete nunerosi fenoli che provovcano effetti dannosi  riducendone la crescita e la germinazione dei semi. Tale fenomeno è definito allelopatia.
La stessa lignina che determina la durezza dei tessuti lignificati scoraggia la nutrizione da parte degli animali e la sua persistenza chimica la rende relativamente indigeribile agli erbivori.
Nei legni sono presenti anche molte tannini che rendono le strutture legnose ancora più inappetibili  per gli erbivori ed i funghi.
Il termine  "tannino" si riferisce al fatto che tali sostanze hanno la capacità di tannare la pelle grezza in pellame e cuoio (conciatura). I tannini infatti si legano alle proteine della pelle degli animali (collagene) aumentando la loro resistenza al calore all'acqua ed ai microbi.
Per gli erbivori agiscono come repellenti per l'alimentazione. Negli uomini causano una sensazione decisa , spiacevole astringente quando vengono a contatto con le proteine salivari (es. frutto acerbo).
Altri fenoli come gli antociani sono responsabili della maggior parte dei colori rosso, porpora, viola e blu che possiamo trovare nelle piante. Sono di vitale importanza per attrarre gli animali per l'impollinazione e la dispersione dei semi. Tali composti poi, assorbono nell'ultravioletto, invisibile all'occhio umano, disegnando sui fiori particolari forme di segnale
COMPOSTI CONTENENTI AZOTO
Molti composti secondari contengono un atomo di azoto. Le categorie principali sono gli alcaloidi e  i glicosidi cianogenetici  di considerevole interesse a causa della loro tossicità per uomini ed animali e per le applicazioni farmaceutiche.
Un tempo si pensava che gli alcaloidi fossero dei rifiuti azotati delle piante analoghi all'urea e all'acido urico degli  animali. Di recente, invece, si pensa che siano regolatori di crescita e possano fungere da difesa contro i predatori soprattutto mammiferi.
I glicosidi cianogenetici, soprattutto delle Rosacceae (mandorlo, pesca albicocca) rilasciano  acido cianidrico per via enzimatica in seguito al morso di un erbivoro.
Glucoside cianogenetico (amigdalina)  + glucosidasi----> aldeide benzoica + zucchero +  acido cianidrico
Tale reazione avviene solo quando la foglia è danneggiata in quanto  il glucoside e l'enzima sono in cellule diverse, Il morso dell'erbivoro mette a contatto l'enzima con il substrato liberando acidi cianidrico che ha un sapore molto amaro.
Alcuni esempi di risposte dei vegetali all'attacco di patogeni
Le Fitoalessine, ad esempio, sono sostanze che vengono sintetizzate in seguito all'invasione di funghi e di batteri. Es alcuni isoflavonoidi nelle Leguminose e nelle Solanacee.
Anche se le piante sono prive di sistema immunitario sono estremamente resistenti  alle infezioni  e presentano un particolare meccanismo definito resistenza acquisita sistemica.
fig. 1 modificata da: Taiz L. e Zeiger E. Fisiologia Vegetale, Piccin Editore
fig. 2 modificata da: Claudio Longo, Biologia vegetale, UTET Editore
fig. 3 modificata da: Taiz L. e Zeiger E. Fisiologia Vegetale, Piccin Editore