FOTOSINTESI NELLE PIANTE VERDI E NEI BONSAI
Per consentire l’evoluzione della vita sulla Terra la natura ha  escogitato un sistema per sintetizzare un gruppo di composti chimici tra i più importanti, i carboidrati.
Questo processo, noto come fotosintesi, avviene nelle piante verdi ed effettua in modo singolarissimo la conversione dell’energia luminosa proveniente dai sole in energia chimica.
Ogni anno la fotosintesi consuma 396.000.000.000 tonnellate d’anidride carbonica dell’atmosfera per produrre 270.000.000.000 tonnellate di Idrati di carbonio.
Abbiamo già accennato a questa reazione (glicosi), che nella sua forma più semplice, può essere scritta come l’inverso dell’ossidazione del glucosio (glicolisi):
6C02 + luce               C6h1206 +6O2
clorofilla
Uno è la trasformazione dell’anidride carbonica nei carboidrato; altro è la conversione dell’energia luminosa in energia chimica.
Questo processo può forse essere descritto come una serie di rea­zioni di sintesi provocate dalla luce. Parecchi anni addietro il premio Nobel Melvin Calvin, insieme ai suoi collaboratori dell’Università di California, ha messo a punto un sistema per stabilire in quali composti l’anidride carbonica venga trasformata, prima di diventare un carboidrato. Possiamo schematizzare il metodo nel modo seguente:
C14O2 + X luce X C14 O2 --- carboidrato
clorofilla
dove X è un composto che si combina con l’anidride carbonica.
Sperimentaimente, se si espone una pianta verde alla luce, in presenza di anidride carbonica radioattiva, e ammettendo che la pianta reagisca (“fissi”) la CO2, è possibile isolare i composti formati.
Se infatti si arresta la reazione o si preleva un campione dopo un tempo sufficientemente breve, sarà divenuto radioattivo soltanto il composto XCO2 a causa della combinazione di CO2 radioattiva con il composto X, sintetizzato dalla pianta.
L’esperimento consiste essenzialmente nel porre delle alghe in una soluzione contenente CO2, il cui atomo di Carbonio è marcato (C14), indi (sostituendo una lampada al sole) nell’illuminare la miscela.
Trovato un metodo che permetta di estrarre campioni in qualsiasi momento voluto, e di arrestare immediatamente le reazioni chimiche, sarà possibile isolare i composti radioattivi a piacimento (a mano a mano che si formano).
L’alcol bollente serve per uccidere i tessuti delle piante quando lo si desideri.
Poiché i composti interessanti sono presenti nella pianta in quantità piccolissime essi vengono separati con cromatogrammi su carta.
Successivamente si applica un metodo per riconoscere la posizione dei composti contenenti C14 nei cromatogramma.
Questo processo si chiama radioautografia.
li radioautogramma contiene parecchi composti anche dopo ti breve tempo di incubazione normalmente usato, ma riducendo ancora l’intervallo si giunge a marcare un numero sempre minore di composti. Mano a mano che l’esposizione a C14O2 viene progressivamente ridotta, si raggiunge infine una situazione nella quale soltanto un composto (presumibilmente Il primo che viene formato: XC14O2) contiene radioattività.
il gruppo di Calvin ha trovato che il primo composto stabile che si poteva isolare era l’acido 3-fosfoglicerico e che tutto l’isotopo era inizialmente presente nel gruppo carbossilico.
I dati sperimentali attualmente a nostra disposizione suggeriscono che X è uno zucchero a 5 atomi di carbonio, il difosfato di ribulosio,
Si ricorderà che l’acido 3-fosfogilcerico è un intermedio della glicosi.
Pertanto la sintesi di un carboidrato può avvenire essenzialmente con un processo inverso a quello della glicolisi a partire dall’acido fosfoglicerico.
Il punto essenziale della fotosintesi non sembra però essere il fissaggio dell’anidride carbonica, ma piuttosto l’impiego di energia luminosa per produrre ATP e per ridurre il nucleotide piridinico grazie ad un trasferimento di elettroni.
La fotosintesi impiega per questo processo un’importante riducente biologico, il nicotinamidedinucleotide-fosfato (NADPM).
Nucleotide piridinico è un derivato dell’acido nicotinico che provoca il trasferimento di elettroni.
La fotosintesi si verifica in un particolare organo della pianta chiamato cloroplasto.
Quanto a dimensioni, cloroplasto è simile ai mitocondrio e contiene tutto iI materiale colorante verde delle piante, ossia la clorofilla. Possiamo considerare la clorofilla come l’apparecchio che la natura utilizza per la conversione dell’energia luminosa In energia chimica.
L’influenza dei vari fattori esterni sulla fotosintesi (luce, temperatura, anidride carbonica) segue in sostanza la legge del fattori limitanti.
Questa legge afferma che in un processo composto di varie tappe, è la tappa più lenta a determinare la velocità complessiva (non la più lenta in assoluto, ma la più lenta in percentuale rispetto ai valore che dovrebbe avere per dare al processo la massima velocità possibile). Per Il suo carattere generico e formale questa legge ha una validità molto ampia, anche ai di fuori dei campo biologico (esempi: in una catena di reazioni chimiche A -- -- C -- D -- L — r la velocità della trasformazione complessiva A -- r è determinata dalla reazione più lenta; la velocità del traffico su un’autostrada è determinata da un’eventuale strozzatura; la velocità di marcia di una fila di soldati deve regolarsi sul passo del più lento, se la fila deve restare unita, ecc.).
Applicata alla fotosintesi la legge dei fattori limitanti afferma che la velocità fotosintetica è determinata dai fattore esterno presente nella misura minima rispetto ai valore ottimale.
Per illustrare questa legge immaginiamo di partire da una pianta nelle seguenti condizioni: bassissima intensità luminosa, bassa temperatura, bassa concentrazione di CO2 (i termini “basso” e ‘bassissimo” sono relativi ai valore ottimale).
In queste condizioni la velocità della fotosintesi è molto bassa ed è limitata principalmente dalla luce.
Se aumentiamo gradualmente l’intensità luminosa la velocità fotosintetica sale per un pò’, ma ben presto si arresta perché ora saranno diventati limitanti gli altri due fattori.
Se ora facciamo aumentare anche questi, la velocità fotosintetica riprenderà a salire e alla fine si stabilizzerà su un valore massimo.
Questo valore massimo non sarà più determinato dai tre fattori esterni, ma soltanto da fattori intrinseci alla natura della pianta ed alla sua struttura (area fogliare complessiva, numero di strati di “cellule a palizzata’ per foglia, numero di cloroplasti per ognuna di tali cellule, numero delle “unita foto sintetiche” per cloroplasto, attività degli enzimi della fase oscura, ecc.).
Arnon e due suoi collaboratori sono riusciti a isolare i cioroplasti dalle cellule delle piante.
I cloroplasti provocano la seguente reazione:
NADP + ADP ÷ CO2 + cloroplasti + h20 ----- CH2O + O2
Se si elimina CO2 si verifica la seguente reazione parziale:
Luce + cloroplasti + NADP + ADP + H2O ------ NADPH + ATP + O2.
L’aggiunta di CO2 permette il completamento della reazione, ossia la formazione di (CH20).
Arnon si è poi chiesto in che modo l’energia luminosa formasse ATP e NADPH
Dalla chimica fisica è noto che se un elettrone passa da un livello energetica superiore ad uno inferiore, si libera energia. Pertanto, se la luce è in grado di portare un elettrone a un livello superiore, sarà sufficiente catturare l’energia liberata quando esso ritorna nel suo stato iniziale.
L’elettrone eccitato della clorofilla scende alla fine a un livello inferiore, e ciò libera l’energia che viene conservata nei legame fosfatico (ATP) ricco di energia, a noi ben noto.
Ecco dunque un metodo per la sintesi dei carboidrati (saccarosio), che sono un alimento per il regno animale.
Gli animali erbivori, che sono quasi dei tutto vegetariani, dipendono continuamente da questa importante reazione.
Se poi si tiene presente che i carnivori dipendono a loro volta dagli animali erbivori per la loro alimentazione, è facile valutare come la vita sia possibile, direttamente o indirettamente, grazie solo alla conversione dell’energia luminosa in energia chimica.
La legge dei fattori limitanti conserva tutta la sua validità solo se un singolo fattore è nettamente più limitante degli altri, cioè in assoluto più lontano dalle condizioni ottimali. Se tuttavia due fattori sono limitanti in modo “vicino” (per esempio 40 e 60% rispetto ai valore ottimale) essi faranno entrambi sentire il loro effetto sulla velocità fotosintetica, quando invece, in base alla legge dei fattori limitanti, ci si sarebbe semplicemente aspettato che la fotosintesi fosse condizionata solo dai fattore presente al 40% dei valore ottimale.
Ecco alcune situazioni naturali in cui un solo fattore dovrebbe essere decisamente limitante per la fotosintesi:

    • giornata soleggiata di gennaio In montagna. fattore limitante:
    • temperatura (troppo bassa)
    • notte. fattore limitante: luce insufficiente
    • giornata estiva calda e soleggiata, con sufficiente rifornimento d’acqua. fattore limitante: CO2 (che manca all’interno della foglia per l’arresto della traspirazione: è avvenuta la chiusura “difensiva” degli stomi per l’alta temperatura e all’elevata umidità relativa)

Le piante allevate con la tecnica bonsai, presentano alcuni interessanti limiti fotosintetici peculiari di questa coltivazione.
Le piccole dimensioni dei contenitore limitano di fatto la dotazione idrica ai bonsai, e tale limitazione si ripercuote sullo sviluppo fogliare e sugli accrescimenti vegetativi, poiché impedisce che la distensione fogliare raggiunga le dimensioni normali per quella specie. La riduzione della superficie delle foglie ha lo scopo di evitare la morte per mancanza d’acqua. Le foglie infatti sono gli organi che debbono traspirare l’acqua assorbita dalle radici, e non potendo, nelle condizioni di allevamento bonsai, disporre di una quantità d’acqua idonea al completo sviluppo naturale, diminuiranno la superficie del loro lembo fino ad un soddisfacente equilibrio.
La potatura delle radici (limitata però a circa 1/4 dei volume della zolla) consente di ottenere un effetto riduttivo nello sviluppo fogliare del bonsai.
Il raggiungimento dei risultati di cui sopra non può essere ascritto ai solo fattore acqua, ma richiede che siano considerati altri fattori importanti, quali: la sanità dei bonsai, l‘assenza di parassiti, una nutrizione minerale equilibrata, ossia le condizioni ottimali di allevamento del bonsai stesso.
A parità di questi fattori, il contenitore del bonsai e l’irrigazione sono sufficienti a controllare le dimensioni dello sviluppo fogliare dei bonsai.
Conclusivamente, l’irrigazione al bonsai con acqua minerale contenente anidride carbonica, effettuata nelle giornate estive, in ore mattutine con condizione di luce sufficiente, produrrà un beneficio ai processo della fotosintesi clorofilliana e consentirà al bonsai di arricchirsi di sostanze di riserva per una crescita equilibrata ed un veloce sviluppo vegetativo, con foglie sempre più piccole e belle