A.MARCHESINI - libero docente di Chimica Agraria dell'Università di Milano

Introduzione

Gli esseri viventi sono in grado di avvertire il giorno, la notte, il caldo, il freddo, il variare delle stagioni... .e adattano la loro attività a questi cambiamenti esterni. Negli animali l'evoluzione ha portato gradualmente all'indipendenza dalle variazioni esterne attraverso la creazione di un ambiente interno costante dell'organismo. Invece le piante, anche le più evolute, debbono seguire con i loro ritmi di crescita le variazioni ambientali. Il programma di sviluppo di una pianta è scritto nei suoi geni, ma la sua realizzazione è dipendente dall'ambiente esterno che ne determina rigorosamente i tempi.

Si potrebbe infatti dire che le piante sono simili a lastre fotografiche e quindi impressionate dall'ambiente in cui vivono.

Lo studio delle reazioni delle piante a stimoli esterni, ha permesso di cono­scere l'effetto di piccolissime quantità di sostanze specifiche o fattori di crescita , elaborate dalle piante stesse. Alcune di tali sostanze estratte dalle piante sono state chimicamente identificate ed utilizzate nel settore vivaistico e floreale.

Sostanze di crescita

Oggi sono note molte specie di sostanze chimiche che agiscono sull'accrescimento dei vegetali. Tali sostanze differiscono in parte per la natura chimica ed in parte per il. modo con cui agiscono sulla crescita delle piante.

Una comoda suddivisione è la seguente:

1. Sostanze stimolatrici dell'accrescimento. In questa categoria entrano le vitamine, che nelle piante presentano caratteristiche ormonali ben definit. La vitamina C stimola lo sviluppo vegetativo e può essere applicata per esempio alla pianta allevata con tecnica bonsai (dose pari a 10 mg Vit. C/litro) come aggiunta alla soluzione nutritiva fogliare.

2. Fattori di accrescimento a struttura chimica nota: A questo gruppo appartengono le auxine. Delle loro molteplici azioni sulla crescita, quella che le caratterizza maggiormente è la stimolazione dell'accrescimento In estensione del tessuto del fusto. L'acido beta-indolilacetico appartiene a questa categoria.

L'apporto di un cucchiaio di latte al terreno del bonsai (una volta al semestre) può produrre un effetto benefico sullo sviluppo dell'apparato radicale del bonsai. L'effetto stimolante del latte sembra legato ad un prodotto di ossidazione di un aminoacido, il triptofano, contenuto nella caseina.

3. Fattori di accrescimento la cui esistenza è indicata da prove indirette, ma che ancora non è stato possibile isolare e identificare chimicamente. Gli ormoni della fioritura “fiorigeni” e “vernaline” ed i fattori specifici della cicatrizzazione degli organi vegetativi o “cauline”.

4. Inibitori dell'accrescimento di origine naturale.

Sviluppo della pianta

Con l'aumentare delle dimensioni si originano nuovi organi e la pianta assume la forma adulta caratteristica. La forma delle piante dipende in gran misura dal numero e dalla posizione dei rami laterali derivati dalle gemme ascellari. La crescita e lo sviluppo della gemme ascellari è generalmente inibito dalla gemma apicale o terminale del fusto principale o del ramo. Lo sviluppo delle gemme ascellari dipende quindi dal destino della gemma apicale. Questo fenomeno chiamato dominanza apicale è causa determinante della forma della maggior parte delle piante. Si può facilmente verificare ciò eliminando la gemma apicale da un rametto di olivo. A seguito di questa rimozione, si verifica rapidamente uno sviluppo di due gemme ascellari in prossimità della gemma asportata.

Da molto tempo numerosi autori ritengono che l'auxina prodotta dalla gemma apicale sia responsabile di questo fenomeno. L'ormone fluirebbe dal centro di produzione, cioè della gemma apicale, alle gemme ascellari, inibendone lo sviluppo. Altri ricercatori hanno postulato l'esistenza di uno speciale inibitore la cui produzione sarebbe in relazione con la concentrazione dell'auxina. Recentemente sono stati estratti dalle piante degli inibitori dell'accrescimento, tuttavia essi non sono stati ancora identificati completamente. Ancora una volta la realtà non è così sem­plice come sembrerebbe.

Nelle piante legnose perenni e quindi anche per gli alberi coltivati come bonsai, l'accrescimento dei fusti si compie mediante la moltiplicazione di alcune cellule speciali del cambio, disposte tra il legno e la corteccia. Tale accrescimento cellula­re è massimo in primavera e diminuisce con l'arrivare dell'estate; esso spiega la formazione dei cerchi annuali negli alberi delle regioni temperate.

Questo ritmo è correlato esattamente con la produzione di auxine provenienti dalle gemme apicali del fusto e dei rami. Successivamente le auxine penetrano nelle cellule cambiali e ne promuovono l'attività moltiplicativa. Oltre alle auxine, anche in questo caso, sono evidentemente coinvolti altri fattori, poiché queste cellule, se in condizione di riposo invernale, non rispondono alla applicazione delle auxine.

Dormienza o riposo vegetativo

Il fattore più importante che induce il riposo vegetativo negli alberi può considerarsi il fotoperiodo. Tale termine si riferisce alla capacità delle piante di regolare il loro sviluppo in base alla lunghezza del giorno. Si indica quindi col termine dl fotoperiodo il numero di ore di luce durante la giornata. In numerose specie arboree le condizioni di giornate corte (durata delle ore di luce diurna inferiore alla durata delle ore di buio notturno) provocano il riposo.

Il fotoperiodo è percepito inizialmente dalle foglie, e ciò significa, che le foglie sono indotte a produrre una sostanza ormonale che inibisce lo sviluppo del vegetale. Sostanze inibenti sono state effettivamente separate per cromatografia dalle foglie di alberi come l'acero di monte (Acer pseudoplatanus), sottoposte a giornate corte. Tali sostanze estratte dall'acero inibivano vistosamente la crescita di altre piante usate come test. L'inibizione poteva essere eliminata mediante esposizione del vegetale a giorni lunghi (durata delle ore di luce diurna maggiore rispetto alla durata delle ore di buio notturno) o con l'applicazione di acido gibberellico.

La fioritura delle piante

La fioritura di molte piante dipende dall'esposizione ad una particolare lunghezza del giorno. Secondo le moderne vedute, tale lunghezza viene misurata dalla pianta mediante un pigmento fogliare, che assorbe la luce e libera un ormone responsabile dell'inizio della fioritura.

I fattori ambientali fondamentali della fioritura

La prima dimostrazione dell'importanza della luce risale ad una serie di lavori iniziati nel 1920, quando Garner e Allard, pubblicarono uno studio dettagliato sui fattori capaci di indurre la fioritura invernale della soja e del tabacco gigante del Maryland cresciuti in serra. I ricercatori in questione hanno eliminato, dopo accurate indagini, l'influenza della temperatura, della nutrizione, dell'umidità e dell'intensità luminosa. Si trovò che entrambe le specie fiorivano, indipendentemente dalle altre condizioni, quando le giornate erano più corte di un certo numero di ore di luce. Altre specie fiorivano invece allorché le giornate erano più lunghe di un determinato minimo di ore di luce. Le piante del primo gruppo furono dette brevidiurne, quelle del secondo gruppo lungidiurne, mentre il fenomeno prese il nome di fotoperiodismo. Le piante indifferenti alla lunghezza del giorno sono dette neutrodiume.

Il quadro si è ora alquanto complicato con la scoperta di piante “brevi-longidiurne”, che fioriscono esclusivamente se esposte a giornate corte seguite da giornate più lunghe (come avviene in primavera) e di piante “longi-brevidiume” che fioriscono in autunno.

A modificare l'andamento del processo possono poi intervenire, oltre la già citata temperatura, svariati fattori ambientali, come l'intensità luminosa, le sostanze nutritive del terreno e l'umidità atmosferica.

Il fitotrone

Per poter mantenere uno sviluppo vegetativo costante e non limitato dai fattori ambientali sopracitati, si può utilizzare un locale in cui si allevano piante in condizioni che riproducono artificialmente quelle dell'ambiente esterno. Tale locale prende il nome di fitotrone.

A differenza di una serra, il fitotrone non riceve luce dall'esterno. L'illuminazione è ottenuta con lampade, di cui i tipi più usati sono:

a) lampade ad arco in un gas (xenon);

b) lampade fluorescenti. In queste lampade la luce è prodotta da una scarica elettrica in un gas (vapori di mercurio) a bassa temperatura;

c) lampade ad incandescenza, cioè le normali lampadine elettriche; la luce è prodotta da un filamento”' che, quando viene percorso dalla corrente, si scalda sino a diventare incandescente

Ciascuna di questo fonti luminose ha vantaggi e svantaggi. Le lampade ad arco raggiungono un'intensità luminosa molto elevata ed il loro spettro (distribuzione di lunghezza d'onda) è abbastanza vicino a quello della luce solare. D'altra parte esse costano molto care e producono grandi quantità di calore che rende difficile la regolazione termica dell'ambiente.

Le lampade fluorescenti sono meno costose, consumano poco, durano molto e tra tutte le fonti luminose sono quelle che scaldano meno l'ambiente. Il loro svantaggio è di avere uno spettro squilibrato, notevolmente diverso da quello della luce solare. Infatti la parte rossa dello spettro è piuttosto debole e il rosso scuro manca praticamente del tutto. Questo è un grave inconveniente: è conosciuta infatti l'enorme influenza dello spettro solare nello sviluppo delle piante.

Le lampade a incandescenza emettono invece un'alta percentuale di radiazioni nella zona del rosso e del rosso scuro: esse hanno inoltre il vantaggio del basso prezzo. Disgraziatamente queste lampade emettono 3/4 dell'energia totale sotto forma di calore e quindi funzionerebbero meglio come stufe piuttosto che come fonti luminose.

La maggior parte delle camere di crescita utilizza una serie di lampade fluorescenti e, in alcune, lampade a incandescenza per arricchire la luce di radiazioni rosse.

Nei fitotroni l'impianto luce comprende anche un temporizzatore che accende e spegne automaticamente le lampade a intervalli prefissati. In tale modo si può variare il fotoperiodo a volontà.

E' stato inoltre trovato con il fitotrone che le piante necessitano dell'alternarsi di variazioni termiche, infatti la gemma apicale della pianta è sensibile alle variazioni della temperatura.

Sono state allora studiate le reazioni dl un gran numero di piante alle variazioni delle temperature notturne e diurne e per ognuna di esse è stato stabilito un limite ottimale. Man mano che la temperatura si allontana dall'optimum la crescita diminuisce sempre, finché cessa completamente. Anche la maggior parte dei nostri alberi a foglia caduca, richiede un'alternanza di estati calde e di inverni freddi. Gli alberi a foglia caduca sono controllati dal clima in due modi, cioè - mediante la variazione della temperatura della durata della luce del giorno. E' evidente che il clima esercita la sua azione sulle piante agendo sul loro biochimismo, e fa elaborare tra l'altro sostanze stimolatrici o inibitrici dello sviluppo vegetativo.

Conclusioni

Lo studio dell'influenza dei fattori ambientali ha permesso fino ad oggi di ottimizzare tecniche capaci di aumentare lo sviluppo vegetativo: la rimozione della gemma apicale in alcune specie di piante consente di ottenere un maggior sviluppo vegetativo dovuto all'accrescimento delle gemme laterali. L'impiego dl acide gibberellico, secondo le dosi consigliate, può stimolare lo sviluppo vegetativo di molte piante. Infine il controllo della temperatura diurna e notturna, I'impiego di temperature miti, l'applicazione di maggiori ore di luce, e l'apporto in dosi equilibrate di acqua al terreno, Possono consentire di prolungare lo sviluppo vegetativo. E' noto poi che alcune tecniche colturali, per esempio la concimazione con un lieve aumento di azoto rispetto al fosforo ed al potassio, può favorire un maggior accrescimento vegetativo nelle giovani piante allevate secondo la tecnica bonsai.

J.L.HALL, T.J.FLOWERS, R.M. ROBERTS - La cellula vegetale, struttura e metabolismo.- Zanichelli Editore, Bologna 1984

R.G.S. BIDWELL - Fisiologia vegetale - Piccin Editore, Padova, 1978

K.DÒRFLING - Il sistema ormonale delle piante - CLUEB Editore, 1984