La fotosintesi clorofilliana.
Cos’è l’attività fotosintetica o fotosintesi? E’ un processo mediante il quale, da acqua, anidride carbonica e sali minerali, più l’energia irradiata dal sole si ottengono sostanze organiche, gli zuccheri. Si tratta in sostanza della organicazione del carbonio.
Come sottoprodotto di questa attività fotosintetica si produce ossigeno.
Questo processo, tipico del mondo vegetale, è l’opposto di quello messo in atto da noi appartenenti al mondo animale, che (per nutrirci) prendiamo le sostanze organiche e le demGliamo mediante la respirazione. Questo processo assai complesso porta infatti alla scomposizione delle materie organiche, e come risultato si ha la formazione di una sostanza, a cui sigla è ATP (AdenasinTri Phosfato), che potremmo definire una moneta di scambio energetico, cioè un sistema che ci permette di scambiare energia con le piante, con gli uomini, con i batteri del terreno, i funghi del prato e con tutti gli organismi viventi.
Gli organismi come le piante, proprio grazie alla fotosintesi, vengono detti autotrofi, cioè autosufficienti per quanto riguarda la nutrizione, quindi (almeno in teoria) completamente indipendenti dal punto di vista biologico, mentre noi animali siamo eterotroficioè abbiamo bisogno di trarre l’energia che ci serve per vivere da sostanze organiche già “pronte”, come la carne, la verdura e la frutta.
li processo fotosintetico avviene tramite organelli chiamati cloroplastipresenti nella parte verde delle foglie .delle piante; all’opposto, la respirazione, che è il processo di eterotrofismo proprio del mondo animale, ha luogo in altri organelli che si chiamano mitocondri.Nei primi sono sintetizzati dei carboidrati, nei secondi tali zuccheri vengono “bruciati” e se ne produce energia. Tra gli esseri che producono le sostanze organiche e quelli che per nutrirsi le distruggono si crea un circolo chiuso, che è chiamato ciclo del carbonio.
Vorrei però far notare una cosa che alle volte sfugge, e cioè che anche le piante hanno questo secondo processo, e si comportano in certe situazioni da esseri eterotrofi: bruciano infatti sostanze organiche, giacché anche vegetali hanno bisogno dell’ATP come moneta di scambio.
Le aperture delle foglie, attraverso le quali, con la respirazione, i gas entrano ed escono insieme al vapore acqueo si chiamano stomi, e sono in genere disposte nella pagina inferiore.
Il gas che entra e viene utilizzato per la fotosintesi è l’anidride carbonica, cioè la CO2
Purtroppo per la pianta, come abbiamo detto, mentre esce ossigeno, esce anche acqua sotto forma di vapore. Questa perdita d’acqua può essere considerata un danno, poiché se il calo di umidità che ne consegue entro la foglia supera il limite dl equilibrio, la foglia chiude gli stomi. Dopo di che, trascorso un breve periodo (fino a consumare l’anidride carbonica residua), si blocca l’attività fotosintetica, e la pianta non produce più zuccheri.
Questa perdita d’acqua si chiama traspirazionee, come si capisce, vi è una stretta connessione tra la sua entità e attività fotosintetica.
S1 può constatare anche un’altra correlazione, osservando una serie dì spaccati di foglie e l’insieme della loro forma.
Di un ago di pino si nota che la sezione trasversale è quasi triangolare, gli stomi un po’ infossati, e le cellule del cosiddetto parenchima clorofilliano, cioè quello preposto all’attività fotosintetica, assai strette una all’altra.
Cl termine parenchima si indica un tessuto di riempimento, che sta all’interno della foglia, ed è a sua parte verde, dove ha luogo ha fotosintesi clorofilliana. Un sottile tessuto, che si chiama epidermide, avvolge tutta la nostra foglia: ne risulta una specie di sacchetto con dentro tante cellule verdi.
Si tenga presente che in questi aghi gli stami sono infossati ed il parenchima è molto compatto.
Osservando un’altra foglia, ad esempio di faggio, si può constatare che la sua epidermide superiore è piuttosto spessa, mentre quella inferiore è più sottile. Gli stomi si trovano esclusivamente nella pagina inferiore, All’interno, il parenchima clorofilliano è ben organizzato, con notevoli spazi tra i gruppi delle sue cellule, che sono quindi in grado dl avere elevate prestazioni.
Vediamo ora la foglia dl una monocotiledone: l’erba del prato.
Essa ha numerosissimi stami, un ricco parenchima e, soprattutto, molto sviluppato, un efficace sistema vascolare di trasporto, sia della linfa grezza (cioè ‘acqua e i sali minerali), sia della linfa elaborata.
Questo è il tipo di foglia più evoluta, la più attiva dal punto di vista fotosintetica. L’erba del prato, per la sua resa nella produzione di materia organica è il top del mondo vegetale.
Aveva affermato che l’energia utilizzata è quella radiante del sole. E’ cioè sole, che irradiando la nostra foglia permette l’attività fotosintetica. Tuttavia non tutta la luce a la radiazione che colpisce la foglia è utilizzata per tale attività.
Un 10% viene riflesso, cioè colpisce la superficie della foglia e ne “rimbalza”; un 5% viene captato, ossia viene in certo senso immagazzinato dal pigmenti verdi che fanno la fotosintesi; della rimanente parte, una percentuale minima va dispersa ed il resto viene trasformato da energia luminosa in calore.
Quindi solamente una piccolissima parte della luce che arriva sulla nostra foglia viene in realtà captata dai pigmenti fotosintetici.
C’è inoltre da chiarire che non tutta la luce dello spettro serve alla pianta. Essa utilizza principalmente la luce blu e un pò meno la luce rossa. Le restanti radiazioni vengono riflesse, in effetti Il colore che noi vediamo è dovuto alla luce verde e gialla riflessa dalla foglia, che assorbe invece le radiazioni blu e rosse.
Nei tessuti di alcune piante vi è l’accumulo di sostanze coloranti rosse (antociani)che servono a proteggere i pigmenti fotosintetici dalle radiazioni dannose. Con un meccanismo simile a quello messo in atto nella nostra pelle (con l’abbronzatura) e piante sì difendano accumulando queste sostanze. Ciò avviene ad esempio in alta montagna in alcune piante sensibili.
Altri stress che fanno aumentare la sintesi dl queste sostanze rosse possono essere l’aggressione di parassiti, le basse temperature ed i mutamenti stagionali.
in autunno le foglie diventano rosse e gialle per una serie di concause: la quantità di clorofilla diminuisce progressivamente, non avendo più senso la sua presenza, in quanto la temperatura non è più adeguata, non c’è più un fotoperiodo idoneo alla fotosintesi (sono più le ore di buio che quelle di luce), e infine viene, come più sopra detto, incentivata la sintesi degli antociani.
Vediamo, tagliando a metà una foglia, quali sono i tessuti al suo interno e di questi, i più importanti.
Si può affermare che la foglia è li vero “laboratorio” di tutta la pianta, dove arrivano acqua, gas e sali, e avviene in qualche modo la trasformazione in zuccheri.
Una parte de!l’acqua salita dalle radici fuoriesce dalla foglia sotto forma di vapore, insieme ad un gas, che è l’ossigeno.
Dopo questa serie di osservazioni è facile comprendere che la foglia del faggio con un parenchima bello verde e con tanto spazio tra le cellule è la più attiva, se confrontata con quella del pino. I cui storni sono infossati ed il parenchima clorofilliano molto condensato.
La diversità della struttura fogliare spiega a relazione tra l’attività fotosintetica e la traspirazione, infatti nella foglia del faggio ci sono ampi spazi tra le cellule, degli stomi ben aperti, con una buona capacità di traspirazione (in gergo tecnico si dice che “c’è un buon scambio dl gas”). raramente entra la CO2 e altrettanto facilmente ne esce l’ossigeno, quindi questa foglia ha una elevata attività fotosintetica.
Ai contrario, nella foglia aghiforme del pino gli storni sono piccoli, infossati, il parenchima è compatto, con spazi ridotti non certo comparabili a quelli della foglia precedente. Questa perciò è la foglia di una pianta che dal punto di vista energetico (rapporto fotosintesi : resa) è da considerare di scarsa funzionalità. Infatti, i pini crescono poco; sia perché hanno dei sistemi di conduzione poco efficienti (sotto il profilo dell’evoluzione sono vecchi e poco funzionali), sia perché è molto basso l’indice del loro apparato fotosintetico e quindi anche della traspirazione.
Ora dovrebbe essere chiaro che se un olmo o un faggio crescono più di un pino è perché hanno una attività fotosintetica migliore, con un apparato di traspirazione più efficiente.
Si possono ora considerare i fattori che influenzano l’attività fotosintetica, e quali sono gli interventi utili perché la nostra pianta migliori questa sua attività. Vi sono in primo luogo i fattori naturali.
in una giornata soleggiata, ad esempio, l’attività fotosintetica di una pianta è molto buona, ma saio a condizione che la temperatura dell’aria non sia troppo elevata, perché nelle ore più calde la temperatura diventa un fattore limitante dell’attività fotosintetica. Ciò è dovuto al fatto che la pianta deve difendersi da una eccessiva evaporazione, e chiude gli storni. fattori limitanti della fotosintesi lo sono anche delle temperature troppo basse, per cui si dice che c’è un intervallo ottimale per l’attività fotosintetica.
Di notte il fattore limitante diventa la luce. in assenza di luce è evidente che la fotosintesi non si verifica.
Per stabilire quale sia la temperatura ideale per l’attività fotosintetica è ragionevole che si debba in primo luogo chiarire quale tipo di pianta è preso in esame. Se si tratta di una pianta tropicale li rangedi temperatura sarà uno, un altro se la pianta è subtropicale, un altro ancora se il soggetto è da clima temperato e così di seguito.
Il range di temperatura per il clima mediterraneo e per le piante che ci vivono, mettiamo per l’Olivo, può essere definito in questo modo: fino a circa —6 gradi le piante mediterranee possono svolgere un minimo di attività fotosintetica, che si arresta del tutto verso i -15 gradì, così come se la temperatura supera i 55 gradi.
Diremo quindi che per tali piante t’intervallo di temperatura nel quale avviene la fotosintesi è tra i 15 ed i 50 gradi centigradì.
D’altronde se un Olivo resta per oltre due ore alla temperatura tra -6 e -15 cessa ogni attività fotosintetica, e perderà quasi certamente la parte aerea se la situazione si protrae per più giorni; per contro muore se lasciato per oltre un’ora tra i 50 e i 55 gradi, infatti ogni sua fotosintesi cessa quasi subito, e una mezz’ora dopo tutta la pianta è compromessa.
Vediamo i limiti validi per gli alberi a foglia caduca. I faggi, ad esempio, possono avere una attività fotosintetica minima anche tra i -5 gradi ed i -40, ma non sopportano temperature superiori ai +50 gradi. Se per più di mezz’ora esponiamo un faggio a questa temperatura la pianta deperisce e muore.
Quindi il range va dai 5 ai 50 gradi, con variazioni però che dipendendo anche dalla umidità dell’aria e dalla esposizione diretta ai raggi solari.
Il ficus, che ai bonsaisti interessa particolarmente, è una delle piante tropicali. Ora a cinque gradi sopra lo zero la sua attività fotosintetica rallenta molto e diventa irregolare. Quindi una temperatura fra -1-5 e gradi un ficus può sopportarla al massimo per un paio d’ore e poi cessa a sua attività fotosintetica, mentre tollera senza grossi inconvenienti il “caldo” dei 40-50 gradi.
Da queste considerazioni emerge che le temperature elevate sono un fattore limitante l’attività fotosintetica, e lo sono sia per le piante tropicali, sia per quelle dei climi freddi. Alle alte temperature diventa problematico per qualsiasi pinta avviare Il processo fotosintetico.
Tuttavia, per le piante tropicali la temperatura risulta limitante più alle basse temperature che a quelle alte.
Abbiamo visto che anche la luce è un fattore determinante per la fotosintesi, per cui se ora consideriamo una pianta dì quercia in mezzo ad un prato, costatiamo che non tutte le foglie possono beneficiare della stessa esposizione alla luce. Quelle sommitali avranno ti massimo dell’esposizione e la maggior resa, quelle alla base una minore esposizione e funzioneranno meno bene. Ciò consente anche di affermare che la luce condiziona la forma delle foglie.
Prese da quella stessa pianta, una delle foglie esposte ai sole è bella grande, con un parenchima ricco dl cellule, mentre una foglia della parte interna diminuisce subito le sue dimensioni perché avendo poca luce non ha bisogno di fare molta attività fotosintetica (ci pensano quelle ben esposte).
Per contro le foglie basali degli alberi di un bosco (dove di sole ne arriva poco) hanno comunque la necessità di fare fotosintesi e, in presenza della poca luce, risultano meno spesse ed esili, ma molto più ampie, per sopperire con la maggior superficie alla scarsa efficienza cui sono obbligate.
Vediamo ora cosa cambia tra le foglie (del faggio) esposte alla luce e quelle (del bosco) cresciute nella penombra.
Consideriamo in primo luogo la struttura: la dimensione della foglia esposta al sole è piccola rispetto a quella meno esposta. Questo è rilevante per un bonsaista, nel senso che se tiene le sue piante scarsamente illuminate avrà foglie più grandi.
Per quanto riguarda lo spessore, quello della foglia esposta alla luce è ben maggiore rispetto a quello delle foglie esposte all’ombra, che sono molto più esili.
Una differenza c’è anche nell’epidermide e nella sua cuticola più esterna, che nella foglia esposta alla luce è bella spessa e robusta, mentre in quella all’ombra la cuticola è sottile.
Con una tale caratteristica, le foglie ben esposte alla luce affrontano meglio gli attacchi di funghi, di batteri e virus e dei parassiti in generale.
Lo stesso dicasi per la resistenza al vento, che più difficilmente le stropiccia o le spezza.
Non ultimo, da una buona esposizione viene beneficiato anche l’aspetto estetico, per via di una più ricca colorazione della foglia esposta alla luce.
AI fini bonsaistici c’è anche da tenere presente che una pianta con una buona attività fotosintetica produce ovviamente di più, e può accumulare una quantità d’energia molto alta per unità di peso secco, cosa che gli consente di superare eventuali stress, defogliazioni, potature, ecc. inoltre viene prodotta molta più “materia” (cioè il famoso peso secco), ricca in particolare dl lignina, e ciò è un grosso vantaggio dal punto di vista bonsaistico, perché una tale pianta con un grosso tronco ed una bella corteccia si presenta molto meglio.
Alla fine abbiamo stabilito che la situazione ottimale per una pianta è l’esposizione diretta al sole, ma ricordandoci come bonsaisti che l’aumento della traspirazione comporta una maggior cura e frequenza nella irrigazione.
Tra le domande, una chiedeva se e quanto sia vantaggioso somministrare del concime, spruzzandolo sulle foglie. E’ vero che per le foglie l’assorbimento non avviene solo attraverso gli storni, ma su tutta la loro superficie (assorbimento cutico!are):c’è però da dire che nel suo complesso esso è da considerarsi scarso. L’epidermide delle foglie è infatti ricoperta da una specie di cera impermeabile, per il cui effetto, quando le si bagna, delle piccole gocce si formano sulla superficie, e lì restano, senza penetrare. La concimazione fogliare può quindi essere usata, ma non è così efficiente come quella radicale nel rapporto tra il prodotto impiegato e quello assorbito. L’efficacia viene dai fatto che, essendo la foglia Il luogo in cui avviene a produzione degli zuccheri, con questo tipo di concimazione si raggiunge direttamente il “laboratorio”.
Va detto che antociani e carotenoidisono anch’esse sostanze che vengono prodotte in presenza di luce, per cui se vogliamo avere una bella colorazione autunnale dei fogliame è necessario che te nostre piante siano esposte alla luce durante il periodo vegetativo.
Infine è forse il caso di richiamare l’attenzione sulla pratica di ombreggiare le piante o di ridurre la traspirazione con protezioni di plastica o di policarbonato. Questi materiali trattengono alcune lunghezze d’onda dello spettro luminoso e certe piante soffrono di tale sottrazione, denunciando la carenza proprio di quelle radiazioni luminose di cui necessitano.