Biologia per i maggiori II
Descrivere le piante che si riproducono asessualmente
Molte piante si riproducono sia sessualmente che asessualmente. Nella riproduzione asessuata, una parte della pianta madre viene usata per generare una nuova pianta. L’innesto, la margotta e la micropropagazione sono alcuni metodi usati per la riproduzione asessuale artificiale. La nuova pianta è geneticamente identica alla pianta madre da cui è stato preso lo stock. Le piante che si riproducono asessualmente prosperano bene in ambienti stabili.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivere le caratteristiche delle piante che si riproducono asessualmente
- Discutere i meccanismi, i vantaggi, e svantaggi della riproduzione asessuale naturale e artificiale
- Discutere la durata della vita delle piante
Piante asessuali
Molte piante sono in grado di propagarsi utilizzando la riproduzione asessuale. Questo metodo non richiede l’investimento necessario per produrre un fiore, attirare gli impollinatori o trovare un mezzo di dispersione dei semi. La riproduzione asessuata produce piante che sono geneticamente identiche alla pianta madre perché non avviene nessun mescolamento di gameti maschili e femminili. Tradizionalmente, queste piante sopravvivono bene in condizioni ambientali stabili se paragonate alle piante prodotte dalla riproduzione sessuale perché portano geni identici a quelli dei loro genitori.
Molti tipi diversi di radici mostrano una riproduzione asessuata Figura 1. Il cormo è utilizzato dal gladiolo e dall’aglio. I bulbi, come il bulbo squamoso nei gigli e il bulbo tunicato nei narcisi, sono altri esempi comuni. La patata è un tubero a stelo, mentre la pastinaca si propaga da una radice a fittone. Lo zenzero e l’iris producono rizomi, mentre l’edera usa una radice avventizia (una radice che nasce da una parte della pianta diversa dalla radice principale o primaria), e la pianta della fragola ha uno stolone, che è anche chiamato runner.
Figura 1. Diversi tipi di fusti permettono la riproduzione asessuata. (a) Il cormo di una pianta di aglio sembra simile a (b) un bulbo di tulipano, ma il cormo è un tessuto solido, mentre il bulbo consiste di strati di foglie modificate che circondano uno stelo sotterraneo. Sia i cormi che i bulbi possono auto-propagarsi, dando origine a nuove piante. (c) Lo zenzero forma masse di steli chiamati rizomi che possono dare origine a più piante. (d) Le piante di patate formano tuberi carnosi a stelo. Ogni occhio nel tubero del fusto può dare origine a una nuova pianta. e) Le piante di fragola formano stoloni: steli che crescono sulla superficie del suolo o appena sotto terra e possono dare origine a nuove piante. (credito a: modifica del lavoro di Dwight Sipler; credito c: modifica del lavoro di Albert Cahalan, USDA ARS; credito d: modifica del lavoro di Richard North; credito e: modifica del lavoro di Julie Magro)
Alcune piante possono produrre semi senza fertilizzazione. L’ovulo o una parte dell’ovario, che è diploide in natura, dà origine a un nuovo seme. Questo metodo di riproduzione è noto come apomissia.
Un vantaggio della riproduzione asessuata è che la pianta risultante raggiungerà la maturità più velocemente. Poiché la nuova pianta nasce da una pianta adulta o da parti di piante, sarà anche più robusta di una piantina. La riproduzione asessuale può avvenire con mezzi naturali o artificiali (assistita dall’uomo).
Metodi naturali di riproduzione asessuale
I metodi naturali di riproduzione asessuale includono strategie che le piante hanno sviluppato per auto-propagarsi. Molte piante, come lo zenzero, la cipolla, i gladioli e la dalia, continuano a crescere da gemme presenti sulla superficie del fusto. In alcune piante, come la patata dolce, le radici avventizie o i corridori possono dare origine a nuove piante (Figura 2). Nel Bryophyllum e nel kalanchoe, le foglie hanno piccole gemme sui loro margini. Quando queste vengono staccate dalla pianta, crescono in piante indipendenti; oppure, possono iniziare a crescere in piante indipendenti se la foglia tocca il suolo. Alcune piante possono essere propagate solo tramite talee.
Figura 2. Uno stolone, o runner, è uno stelo che corre lungo il terreno. Ai nodi, forma radici e gemme avventizie che crescono in una nuova pianta.
Metodi artificiali di riproduzione asessuata
Questi metodi sono frequentemente impiegati per dare origine a nuove, e talvolta nuove, piante. Essi comprendono l’innesto, il taglio, la margotta e la micropropagazione.
Innestare
Figura 3. L’innesto è un metodo artificiale di riproduzione asessuata usato per produrre piante che combinano caratteristiche favorevoli del fusto con caratteristiche favorevoli delle radici. Il fusto della pianta da innestare è noto come marza, e la radice è chiamata ceppo.
L’innesto è stato a lungo usato per produrre nuove varietà di rose, specie di agrumi e altre piante. Nell’innesto, vengono utilizzate due specie di piante; una parte del fusto della pianta desiderata viene innestata su una pianta radicata chiamata ceppo. La parte che viene innestata o attaccata è chiamata marza. Entrambi sono tagliati ad un angolo obliquo (qualsiasi angolo diverso da un angolo retto), messi a stretto contatto l’uno con l’altro, e sono poi tenuti insieme Figura 3. Far combaciare queste due superfici il più strettamente possibile è estremamente importante perché queste terranno insieme la pianta. I sistemi vascolari delle due piante crescono e si fondono, formando un innesto. Dopo un periodo di tempo, la marza inizia a produrre germogli e alla fine inizia a produrre fiori e frutti. L’innesto è ampiamente usato in viticoltura (coltivazione dell’uva) e nell’industria degli agrumi. Le marze in grado di produrre una particolare varietà di frutta vengono innestate su portainnesti con una specifica resistenza alle malattie.
Taglio
Piante come il coleus e la money plant vengono propagate attraverso talee di fusto, dove una porzione di fusto contenente nodi e internodi viene posta in un terreno umido e lasciata radicare. In alcune specie, gli steli possono iniziare a produrre una radice anche se posti solo in acqua. Per esempio, le foglie della violetta africana radicheranno se tenute in acqua indisturbate per diverse settimane.
Layering
Figura 4. Nella margotta, una parte dello stelo viene sepolta in modo da formare una nuova pianta.
La margotta è un metodo in cui uno stelo attaccato alla pianta viene piegato e coperto di terra. I giovani steli che possono essere piegati facilmente senza subire danni sono preferiti. Il gelsomino e la bouganvillea (fiore di carta) possono essere propagati in questo modo Figura 4.
In alcune piante, viene impiegata una forma modificata di margotta conosciuta come margotta aerea. Una parte della corteccia o del rivestimento più esterno del fusto viene rimossa e coperta con del muschio, che viene poi fissato con del nastro adesivo. Alcuni giardinieri applicano anche l’ormone radicante. Dopo un po’ di tempo, appariranno le radici, e questa porzione di pianta può essere rimossa e trapiantata in un vaso separato.
Micropropagazione
La micropropagazione (chiamata anche coltura di tessuti vegetali) è un metodo per propagare un gran numero di piante da una singola pianta in breve tempo in condizioni di laboratorio (Figura 5). Questo metodo permette la propagazione di specie rare e in via di estinzione che possono essere difficili da coltivare in condizioni naturali, sono economicamente importanti, o sono richieste come piante senza malattie.
Figura 5. La micropropagazione è usata per propagare le piante in condizioni sterili. (credit: Nikhilesh Sanyal)
Per iniziare la coltura di tessuti vegetali, si può usare una parte della pianta come uno stelo, una foglia, un embrione, un’antera o un seme. Il materiale vegetale viene sterilizzato a fondo usando una combinazione di trattamenti chimici standardizzati per quella specie. In condizioni sterili, il materiale vegetale viene posto su un terreno di coltura di tessuti vegetali che contiene tutti i minerali, le vitamine e gli ormoni necessari alla pianta. La parte di pianta spesso dà origine a una massa indifferenziata nota come callo, da cui dopo un periodo di tempo cominciano a crescere singole piantine. Queste possono essere separate e vengono coltivate in condizioni di serra prima di essere trasferite in condizioni di campo.
La durata della vita delle piante
Figura 6. Il pino dai coni setolosi, mostrato qui nell’antica foresta di pini setolosi nelle White Mountains della California orientale, è noto per vivere per 4.500 anni. (credit: Rick Goldwaser)
La durata del tempo che va dall’inizio dello sviluppo alla morte di una pianta è chiamata durata della vita. Il ciclo vitale, invece, è la sequenza di stadi che una pianta attraversa dalla germinazione del seme alla produzione del seme della pianta matura. Alcune piante, come le annuali, hanno bisogno solo di poche settimane per crescere, produrre semi e morire. Altre piante, come il pino setola, vivono per migliaia di anni. Alcuni pini setolosi hanno un’età documentata di 4.500 anni (Figura 6). Anche se alcune parti di una pianta, come le regioni che contengono tessuto meristematico – l’area di crescita attiva della pianta che consiste di cellule indifferenziate capaci di divisione cellulare – continuano a crescere, alcune parti subiscono una morte cellulare programmata (apoptosi). Il sughero che si trova sugli steli e il tessuto che conduce l’acqua nello xilema, per esempio, sono composti da cellule morte.
Le specie di piante che completano il loro ciclo vitale in una stagione sono conosciute come annuali, un esempio delle quali è l’Arabidopsis, o crescione dalle orecchie di topo. Le biennali come le carote completano il loro ciclo di vita in due stagioni. Nella prima stagione di una biennale, la pianta ha una fase vegetativa, mentre nella stagione successiva completa la sua fase riproduttiva. I coltivatori commerciali raccolgono le radici delle carote dopo il primo anno di crescita e non permettono alle piante di fiorire. Le perenni, come la magnolia, completano il loro ciclo vitale in due anni o più.
In un’altra classificazione basata sulla frequenza di fioritura, le piante monocarpiche fioriscono solo una volta nella loro vita; esempi sono il bambù e la yucca. Durante il periodo vegetativo del loro ciclo di vita (che può essere lungo fino a 120 anni in alcune specie di bambù), queste piante possono riprodursi asessualmente e accumulare una grande quantità di materiale alimentare che sarà necessario durante la loro fioritura una volta nella vita e la posa dei semi dopo la fecondazione. Poco dopo la fioritura, queste piante muoiono. Le piante policarpiche formano fiori molte volte durante la loro vita. Gli alberi da frutta, come i meli e gli aranci, sono policarpici; fioriscono ogni anno. Altre specie policarpiche, come le piante perenni, fioriscono più volte durante la loro vita, ma non ogni anno. In questo modo, la pianta non ha bisogno di tutte le sue sostanze nutritive per fiorire ogni anno.
Come per tutti gli organismi viventi, la genetica e le condizioni ambientali hanno un ruolo nel determinare la durata della vita di una pianta. La suscettibilità alle malattie, il cambiamento delle condizioni ambientali, la siccità, il freddo e la competizione per i nutrienti sono alcuni dei fattori che determinano la sopravvivenza di una pianta. Le piante continuano a crescere, nonostante la presenza di tessuti morti come il sughero. Le singole parti delle piante, come i fiori e le foglie, hanno diversi tassi di sopravvivenza. In molti alberi, le foglie più vecchie diventano gialle e alla fine cadono dall’albero. La caduta delle foglie è innescata da fattori come la diminuzione dell’efficienza fotosintetica, dovuta all’ombreggiamento da parte delle foglie superiori, o il danno ossidativo subito come risultato delle reazioni fotosintetiche. I componenti della parte da deporre vengono riciclati dalla pianta per essere utilizzati in altri processi, come lo sviluppo dei semi e lo stoccaggio. Questo processo è noto come riciclaggio dei nutrienti.
L’invecchiamento di una pianta e tutti i processi associati è noto come senescenza, che è caratterizzata da diversi cambiamenti biochimici complessi. Una delle caratteristiche della senescenza è la rottura dei cloroplasti, che è caratterizzata dall’ingiallimento delle foglie. I cloroplasti contengono componenti del macchinario fotosintetico come membrane e proteine. I cloroplasti contengono anche il DNA. Le proteine, i lipidi e gli acidi nucleici sono scomposti da enzimi specifici in molecole più piccole e recuperati dalla pianta per sostenere la crescita di altri tessuti vegetali.
I percorsi complessi del riciclaggio dei nutrienti all’interno di una pianta non sono ben compresi. Gli ormoni sono noti per il loro ruolo nella senescenza. Applicazioni di citochinine ed etilene ritardano o prevengono la senescenza; al contrario, l’acido abscissico causa l’inizio prematuro della senescenza.
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