SCIENZE DA SCOPRIRE VOLUME 1

2 La nutrizione nei vegetali I vegetali sono autotrofi, cioè si fabbricano da sé il nutrimento di cui necessitano per sopravvivere attraverso una reazione chimica che avviene nelle foglie grazie alla presenza di una sostanza colorata, la clorofilla. Tale reazione è la fotosintesi clorofilliana , e per realizzarsi ha bisogno di materiali ed energia. Avrai sicuramente notato che in casa le piante di solito vengono posizionate sui davanzali delle finestre, o comunque vicino a una fonte di luce, e che se ci si dimentica di innaffiarle, dopo poco tempo appassiscono e muoiono. Queste osservazioni ti fanno ipotizzare che sia la luce sia l’acqua siano indispensabili per le piante. Ma sei sicuro che siano sufficienti? Di che cosa hanno bisogno le piante per compiere la fotosintesi?Per capire quali sostanze indispensabili le piante prelevano dall’ambiente, sono stati seminati alcuni chicchi di frumento in quattro vasetti contenenti una particolare sabbia ( 5 ). I chicchi sono stati innaffiati allo stesso modo con acqua del rubinetto finché sono cresciute le piantine. In seguito sono variate le condizioni di coltivazione per ogni vasetto. La pianta a ha ricevuto acqua e luce ma non anidride carbonica, poiché è stata tenuta sotto una campana di vetro insieme a un bicchiere contenente potassa, una sostanza capace di sottrarre l’anidride carbonica all’aria. La pianta b non è stata innaffiata, la c è stata tenuta al buio mentre la d ha ricevuto sia acqua sia anidride carbonica sia luce. Le fotografie seguenti sono state scattate dopo tre settimane.Come puoi osservare, solo la pianta d è cresciuta in modo normale, perciò puoi concludere che le sostanze necessarie alla fotosintesi sono l’acqua e l’anidride carbonica, entrambe di tipo minerale, inorganiche. Anche la luce è fondamentale: è l’energia che permette che la reazione chimica della fotosintesi avvenga. Fotosintesi clorofillianaProcesso biochimico che avviene nelle piante in presenza di luce solare.PhotosynthesisA biochemical process that occurs in plants in the presence of sunlight. Analizza In quali condizioni sono state coltivate le piantine?Com’è il loro aspetto?Perché la piantina d ha un aspetto rigoglioso? HAI CAPITO CHE... Per compiersi, la fotosintesi clorofilliana necessita di acqua, anidride carbonica e luce. Che cos’è e come avviene la fotosintesi?La parola fotosintesi è composta dal prefisso “foto”, che significa luce, e dal termine “sintesi”, che indica una reazione chimica con la quale si fabbricano sostanze complesse partendo da sostanze semplici. La fotosintesi clorofilliana avviene grazie alla presenza dei cloroplasti nelle cellule delle parti verdi delle piante. La clorofilla in essi contenuta cattura l’energia della luce del Sole e la rende disponibile per far avvenire la reazione. Durante la fotosintesi ( 6 ), nelle foglie e in tutte le parti verdi di una pianta, l’acqua, assorbita dal terreno attraverso le radici, e l’anidride carbonica, assorbita dall’aria, si combinano utilizzando l’energia della luce. Questa combinazione porta alla “fabbricazione” del glucosio, un particolare tipo di zucchero, e dell’ossigeno. In seguito, le molecole di glucosio si uniscono a formare il saccarosio, che è lo zucchero che circola nella pianta e che si utilizza normalmente anche in casa. A partire dal glucosio la pianta produce l’amido, sostanza di riserva che rappresenta la principale fonte energetica di vegetali e animali. L’ossigeno viene emesso nell’aria attraverso gli stomi.Osserva lo schema della reazione chimica della fotosintesi ( 7 ): come vedi, si tratta di una ricombinazione di atomi.- A sinistra della freccia ci sono le sostanze di partenza, l’acqua e l’anidride carbonica;- la freccia indica che avviene una trasformazione di materia;- le sostanze a destra della freccia sono quelle prodotte, il glucosio e l’ossigeno.7 La reazione chimica della fotosintesi.Ecco perché le piante sono indispensabili per la vita sulla Terra: non solo fabbricano sostanze come lo zucchero e l’amido, ma arricchiscono l’atmosfera di ossigeno, il gas necessario per la respirazione di tutti gli organismi.6 La fotosintesi clorofilliana. Analizza Quali sono le sostanze di partenza nella fotosintesi?Quali sono le sostanze prodotte?Qual è il significato della freccia? 2.1 La foglia e la fotosintesiLa foglia è un organo perfettamente adatto a catturare la luce del Sole e ad assorbire l’anidride carbonica.Com’è fatta la foglia?Generalmente le foglie hanno una forma larga e piatta, che offre un’ampia superficie di assorbimento ( 8 ). Quasi tutte sono distinte in due parti:- una lamina o lembo, costituita da una pagina superiore e una pagina inferiore, spesso di colore leggermente diverso tra loro. La lamina è percorsa da nervature, che sono vasi ramificati e allungati necessari per rifornire d’acqua le cellule che provvedono alla fotosintesi;- un picciolo, che collega la foglia al ramo e che può essere più o meno lungo o mancare del tutto. Alla base del picciolo possono esserci delle foglioline di forma varia, le stipole.Nella pagina inferiore le foglie presentano gli stomi, piccole aperture attraverso le quali avvengono gli scambi gassosi tra la foglia e l’aria circostante ( 9 ).Osservando l’illustrazione di una sezione di foglia al microscopio (10), puoi vedere una serie di tessuti:- l’epidermide, composta da uno strato di cellule talvolta ricoperte da sostanze cerose impermeabili, da peli o da una robusta cuticola;- il tessuto a palizzata, con cellule allungate disposte una accanto all’altra e ricchissime di cloroplasti, i corpuscoli verdi che contengono la clorofilla ( 11 );- il tessuto lacunoso, con cellule di forma tondeggiante distanziate tra loro.Poiché le foglie sono di solito sottili, la distanza che deve percorrere l’anidride carbonica per arrivare ai cloroplasti è breve.Gli ampi spazi che sono presenti nei tessuti servono per rendere più agevole la diffusione dell’anidride carbonica. La foglia Analizza Come potresti descrivere l’aspetto esterno di una foglia?Che cosa si osserva sulla pagina inferiore della foglia?Che cosa sono i cloroplasti?Che cosa contengono?Perché le foglie cambiano colore?Gran parte delle piante che vivono alle nostre latitudini, in autunno perdono le foglie. Ciò accade perché durante l’inverno le foglie non servono più, in quanto la fotosintesi si blocca; l’intensità della luce solare infatti diminuisce perché i raggi arrivano molto inclinati e le ore di luce diminuiscono rispetto a quelle di buio. La clorofilla che durante l’estate ha catturato l’energia luminosa non viene più prodotta e le foglie perdono il colore verde e mettono in evidenza gli altri pigmenti, gialli e rossastri. Al cambiamento di colore seguono il rinsecchimento e la caduta. Le piante che perdono tutte le foglie ogni autunno sono dette caducifoglie. Anche le piante conosciute come sempreverdi, perché rimangono verdi tutto l’anno, come l’oleandro, perdono le foglie. In queste piante il normale ricambio tra foglie vecchie e foglie nuove avviene in modo graduale e perciò non è evidente; il ricambio totale avviene, a seconda della specie, nell’arco di due o tre anni.per saperne di piùVari tipi di foglieOsserva le illustrazioni e ti renderai conto della vastissima varietà di foglie esistenti. Esse possono essere semplici o composte e si distinguono per la disposizione delle nervature, per la forma della lamina e per le caratteristiche del margine, cioè del contorno. È perciò possibile classificare le foglie in diversi modi.2.2 La radice e l’assorbimentoLa radice è l’organo delle piante che svolge la funzione di assorbire l’acqua dal terreno.Perché la radice è adatta all’assorbimento?La radice si sviluppa dirigendosi verso il basso, dove di solito il terreno è più ricco d’acqua; tale fenomeno è detto geotropismo positivo, cioè “movimento verso il centro della Terra”.Osserva com’è fatta ( 12 ); dall’alto verso il basso puoi riconoscere:- il colletto, zona di collegamento con il fusto della pianta;- la zona di assorbimento, dotata di un gran numero di peli radicali, tubicini sottilissimi formati da un’unica cellula allungata. I peli radicali assorbono l’acqua circolante nel terreno grazie a un processo chiamato osmosi: l’acqua si dirige dal terreno, dove è presente in concentrazione maggiore, all’interno del pelo radicale, dove è presente in concentrazione minore, passando attraverso la membrana del pelo ( 13 );- la zona di allungamento, dove le cellule assumono un aspetto allungato;- l’apice, zona in cui le cellule si riproducono in modo rapido e continuo provocando l’accrescimento della radice;- la cuffia, formata da cellule con funzione protettiva, utile per evitare che l’apice si rovini mentre affonda nel terreno.La radice assorbe dal terreno solo acqua?Durante l’esperimento illustrato di seguito le piantine dei due vasi sono state innaffiate in due modi diversi: la piantina a ha ricevuto acqua del rubinetto, la piantina b acqua demineralizzata, cioè privata dei sali minerali. Come vedi, la piantina privata di sali minerali si è accresciuta di meno e ha assunto un colore giallastro: ha perso la clorofilla. Le piante hanno infatti bisogno di piccolissime quantità di minerali che le radici assorbono dal terreno. Ogni minerale svolge importanti funzioni: i nitrati sono indispensabili per la crescita, i sali di magnesio per produrre la clorofilla. Gli agricoltori conoscono queste necessità, perciò aggiungono al terreno i fertilizzanti che contengono i minerali necessari alle piante. HAI CAPITO CHE... La foglia è l’organo della pianta in cui avviene la fotosintesi.La radice assorbe l’acqua dal terreno tramite l’osmosi.13 L’osmosi fa sì che l’acqua entri nella radice. Analizza Quali sono le parti della radice?Qual è la funzione dei peli radicali?Che cosa ha provocato la diversa crescita delle piantine?per saperne di piùVari tipi di radiciPer adattarsi perfettamente a svolgere la loro funzione, le radici presentano nelle varie specie vegetali forme diverse.La radice a fittone è formata da un asse principale a forma di cono rovesciato, dal quale possono accrescersi delle radici laterali. È presente nella maggior parte delle piante. Talvolta la radice a fittone può ingrossarsi per servire da magazzino di sostanze nutritive, come nel caso della carota e della barbabietola. Nella radice fascicolata, invece, la radice principale, già poco tempo dopo la germinazione, si atrofizza e comincia a svilupparne altre, laterali o secondarie, tutte di uguale lunghezza. Questo tipo di radice è caratteristica dei cereali come il grano.Le piante che vivono nelle regioni tropicali, dove l’aria è satura di vapore acqueo, hanno radici aeree distribuite lungo tutto il fusto; esse assorbono l’acqua direttamente dall’aria. È il caso di molte specie di orchidee.
2 La nutrizione nei vegetali I vegetali sono autotrofi, cioè si fabbricano da sé il nutrimento di cui necessitano per sopravvivere attraverso una reazione chimica che avviene nelle foglie grazie alla presenza di una sostanza colorata, la clorofilla. Tale reazione è la fotosintesi clorofilliana , e per realizzarsi ha bisogno di materiali ed energia. Avrai sicuramente notato che in casa le piante di solito vengono posizionate sui davanzali delle finestre, o comunque vicino a una fonte di luce, e che se ci si dimentica di innaffiarle, dopo poco tempo appassiscono e muoiono. Queste osservazioni ti fanno ipotizzare che sia la luce sia l’acqua siano indispensabili per le piante. Ma sei sicuro che siano sufficienti? Di che cosa hanno bisogno le piante per compiere la fotosintesi?Per capire quali sostanze indispensabili le piante prelevano dall’ambiente, sono stati seminati alcuni chicchi di frumento in quattro vasetti contenenti una particolare sabbia ( 5 ). I chicchi sono stati innaffiati allo stesso modo con acqua del rubinetto finché sono cresciute le piantine. In seguito sono variate le condizioni di coltivazione per ogni vasetto. La pianta a ha ricevuto acqua e luce ma non anidride carbonica, poiché è stata tenuta sotto una campana di vetro insieme a un bicchiere contenente potassa, una sostanza capace di sottrarre l’anidride carbonica all’aria. La pianta b non è stata innaffiata, la c è stata tenuta al buio mentre la d ha ricevuto sia acqua sia anidride carbonica sia luce. Le fotografie seguenti sono state scattate dopo tre settimane.Come puoi osservare, solo la pianta d è cresciuta in modo normale, perciò puoi concludere che le sostanze necessarie alla fotosintesi sono l’acqua e l’anidride carbonica, entrambe di tipo minerale, inorganiche. Anche la luce è fondamentale: è l’energia che permette che la reazione chimica della fotosintesi avvenga. Fotosintesi clorofillianaProcesso biochimico che avviene nelle piante in presenza di luce solare.PhotosynthesisA biochemical process that occurs in plants in the presence of sunlight. Analizza In quali condizioni sono state coltivate le piantine?Com’è il loro aspetto?Perché la piantina d ha un aspetto rigoglioso? HAI CAPITO CHE... Per compiersi, la fotosintesi clorofilliana necessita di acqua, anidride carbonica e luce. Che cos’è e come avviene la fotosintesi?La parola fotosintesi è composta dal prefisso “foto”, che significa luce, e dal termine “sintesi”, che indica una reazione chimica con la quale si fabbricano sostanze complesse partendo da sostanze semplici. La fotosintesi clorofilliana avviene grazie alla presenza dei cloroplasti nelle cellule delle parti verdi delle piante. La clorofilla in essi contenuta cattura l’energia della luce del Sole e la rende disponibile per far avvenire la reazione. Durante la fotosintesi ( 6 ), nelle foglie e in tutte le parti verdi di una pianta, l’acqua, assorbita dal terreno attraverso le radici, e l’anidride carbonica, assorbita dall’aria, si combinano utilizzando l’energia della luce. Questa combinazione porta alla “fabbricazione” del glucosio, un particolare tipo di zucchero, e dell’ossigeno. In seguito, le molecole di glucosio si uniscono a formare il saccarosio, che è lo zucchero che circola nella pianta e che si utilizza normalmente anche in casa. A partire dal glucosio la pianta produce l’amido, sostanza di riserva che rappresenta la principale fonte energetica di vegetali e animali. L’ossigeno viene emesso nell’aria attraverso gli stomi.Osserva lo schema della reazione chimica della fotosintesi ( 7 ): come vedi, si tratta di una ricombinazione di atomi.- A sinistra della freccia ci sono le sostanze di partenza, l’acqua e l’anidride carbonica;- la freccia indica che avviene una trasformazione di materia;- le sostanze a destra della freccia sono quelle prodotte, il glucosio e l’ossigeno.7 La reazione chimica della fotosintesi.Ecco perché le piante sono indispensabili per la vita sulla Terra: non solo fabbricano sostanze come lo zucchero e l’amido, ma arricchiscono l’atmosfera di ossigeno, il gas necessario per la respirazione di tutti gli organismi.6 La fotosintesi clorofilliana. Analizza Quali sono le sostanze di partenza nella fotosintesi?Quali sono le sostanze prodotte?Qual è il significato della freccia? 2.1 La foglia e la fotosintesiLa foglia è un organo perfettamente adatto a catturare la luce del Sole e ad assorbire l’anidride carbonica.Com’è fatta la foglia?Generalmente le foglie hanno una forma larga e piatta, che offre un’ampia superficie di assorbimento ( 8 ). Quasi tutte sono distinte in due parti:- una lamina o lembo, costituita da una pagina superiore e una pagina inferiore, spesso di colore leggermente diverso tra loro. La lamina è percorsa da nervature, che sono vasi ramificati e allungati necessari per rifornire d’acqua le cellule che provvedono alla fotosintesi;- un picciolo, che collega la foglia al ramo e che può essere più o meno lungo o mancare del tutto. Alla base del picciolo possono esserci delle foglioline di forma varia, le stipole.Nella pagina inferiore le foglie presentano gli stomi, piccole aperture attraverso le quali avvengono gli scambi gassosi tra la foglia e l’aria circostante ( 9 ).Osservando l’illustrazione di una sezione di foglia al microscopio (10), puoi vedere una serie di tessuti:- l’epidermide, composta da uno strato di cellule talvolta ricoperte da sostanze cerose impermeabili, da peli o da una robusta cuticola;- il tessuto a palizzata, con cellule allungate disposte una accanto all’altra e ricchissime di cloroplasti, i corpuscoli verdi che contengono la clorofilla ( 11 );- il tessuto lacunoso, con cellule di forma tondeggiante distanziate tra loro.Poiché le foglie sono di solito sottili, la distanza che deve percorrere l’anidride carbonica per arrivare ai cloroplasti è breve.Gli ampi spazi che sono presenti nei tessuti servono per rendere più agevole la diffusione dell’anidride carbonica. La foglia Analizza Come potresti descrivere l’aspetto esterno di una foglia?Che cosa si osserva sulla pagina inferiore della foglia?Che cosa sono i cloroplasti?Che cosa contengono?Perché le foglie cambiano colore?Gran parte delle piante che vivono alle nostre latitudini, in autunno perdono le foglie. Ciò accade perché durante l’inverno le foglie non servono più, in quanto la fotosintesi si blocca; l’intensità della luce solare infatti diminuisce perché i raggi arrivano molto inclinati e le ore di luce diminuiscono rispetto a quelle di buio. La clorofilla che durante l’estate ha catturato l’energia luminosa non viene più prodotta e le foglie perdono il colore verde e mettono in evidenza gli altri pigmenti, gialli e rossastri. Al cambiamento di colore seguono il rinsecchimento e la caduta. Le piante che perdono tutte le foglie ogni autunno sono dette caducifoglie. Anche le piante conosciute come sempreverdi, perché rimangono verdi tutto l’anno, come l’oleandro, perdono le foglie. In queste piante il normale ricambio tra foglie vecchie e foglie nuove avviene in modo graduale e perciò non è evidente; il ricambio totale avviene, a seconda della specie, nell’arco di due o tre anni.per saperne di piùVari tipi di foglieOsserva le illustrazioni e ti renderai conto della vastissima varietà di foglie esistenti. Esse possono essere semplici o composte e si distinguono per la disposizione delle nervature, per la forma della lamina e per le caratteristiche del margine, cioè del contorno. È perciò possibile classificare le foglie in diversi modi.2.2 La radice e l’assorbimentoLa radice è l’organo delle piante che svolge la funzione di assorbire l’acqua dal terreno.Perché la radice è adatta all’assorbimento?La radice si sviluppa dirigendosi verso il basso, dove di solito il terreno è più ricco d’acqua; tale fenomeno è detto geotropismo positivo, cioè “movimento verso il centro della Terra”.Osserva com’è fatta ( 12 ); dall’alto verso il basso puoi riconoscere:- il colletto, zona di collegamento con il fusto della pianta;- la zona di assorbimento, dotata di un gran numero di peli radicali, tubicini sottilissimi formati da un’unica cellula allungata. I peli radicali assorbono l’acqua circolante nel terreno grazie a un processo chiamato osmosi: l’acqua si dirige dal terreno, dove è presente in concentrazione maggiore, all’interno del pelo radicale, dove è presente in concentrazione minore, passando attraverso la membrana del pelo ( 13 );- la zona di allungamento, dove le cellule assumono un aspetto allungato;- l’apice, zona in cui le cellule si riproducono in modo rapido e continuo provocando l’accrescimento della radice;- la cuffia, formata da cellule con funzione protettiva, utile per evitare che l’apice si rovini mentre affonda nel terreno.La radice assorbe dal terreno solo acqua?Durante l’esperimento illustrato di seguito le piantine dei due vasi sono state innaffiate in due modi diversi: la piantina a ha ricevuto acqua del rubinetto, la piantina b acqua demineralizzata, cioè privata dei sali minerali. Come vedi, la piantina privata di sali minerali si è accresciuta di meno e ha assunto un colore giallastro: ha perso la clorofilla. Le piante hanno infatti bisogno di piccolissime quantità di minerali che le radici assorbono dal terreno. Ogni minerale svolge importanti funzioni: i nitrati sono indispensabili per la crescita, i sali di magnesio per produrre la clorofilla. Gli agricoltori conoscono queste necessità, perciò aggiungono al terreno i fertilizzanti che contengono i minerali necessari alle piante. HAI CAPITO CHE... La foglia è l’organo della pianta in cui avviene la fotosintesi.La radice assorbe l’acqua dal terreno tramite l’osmosi.13 L’osmosi fa sì che l’acqua entri nella radice. Analizza Quali sono le parti della radice?Qual è la funzione dei peli radicali?Che cosa ha provocato la diversa crescita delle piantine?per saperne di piùVari tipi di radiciPer adattarsi perfettamente a svolgere la loro funzione, le radici presentano nelle varie specie vegetali forme diverse.La radice a fittone è formata da un asse principale a forma di cono rovesciato, dal quale possono accrescersi delle radici laterali. È presente nella maggior parte delle piante. Talvolta la radice a fittone può ingrossarsi per servire da magazzino di sostanze nutritive, come nel caso della carota e della barbabietola. Nella radice fascicolata, invece, la radice principale, già poco tempo dopo la germinazione, si atrofizza e comincia a svilupparne altre, laterali o secondarie, tutte di uguale lunghezza. Questo tipo di radice è caratteristica dei cereali come il grano.Le piante che vivono nelle regioni tropicali, dove l’aria è satura di vapore acqueo, hanno radici aeree distribuite lungo tutto il fusto; esse assorbono l’acqua direttamente dall’aria. È il caso di molte specie di orchidee.