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Nutrizione vegetale - Assorbimento delle sostanze inorganiche

alimentazione


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Nutrizione vegetale

La nutrizione delle piante autotrofe è legata ad una serie complessa di fenomeni biochimici a cui si dà il nome di metabolismo. Il metabolismo si può dividere in anabolismo cioè la sintesi delle molecole organiche e catabolismo cioè la degradazione di queste sostanze.

Il metabolismo vegetale comprende:

·        assorbimento delle sostanze minerali (acqua e sali minerali) e loro trasporto nella pianta

·        organicazione del carbonio (nutrizione carbonica)

·        organizzazione delle sostanze organiche

·        respirazione e fermentazione con sviluppo di energia



Assorbimento delle sostanze inorganiche

Assorbimento idrico

L’acqua ha importanza fondamentale per gli esseri viventi. Essa cost 929f51j ituisce l’80% delle parti verdi delle piante. Nelle cellule si trova sotto pressione, causando il turgore cellulare che impedisce ai tessuti di afflosciarsi. Regola la traspirazione regolando l’apertura degli stomi. Funge da solvente e veicolo delle sostanze disciolte per la nutrizione della pianta. È indispensabile per la fotosintesi clorofilliana. Si chiama fabbisogno idrico la quantità totale di acqua necessaria alla pianta durante il suo ciclo vegetativo annuale. Si chiama consumo acqueo unitario CAU la quantità di acqua necessaria alla pianta per produrre un chilogrammo di sostanza secca.

L’assorbimento idrico può avvenire

·        per imbibizione: i colloidi cellulari hanno la proprietà di assorbire acqua per imbibizione, cioè idratandosi si rigonfiano distanziando le micelle che si avvolgono di veli di acqua;

·        per osmosi: per comprendere l’osmosi bisogna conoscere il concetto di diffusione cioè la tendenza spontanea delle soluzioni a rendere uguale in ogni punto del solvente la concentrazione del soluto. Quando la diffusione avviene attraverso una membrana, la natura della membrana regola la diffusione. Si parla di osmosi quando abbiamo due soluzioni con diversa concentrazione divise da una membrana semipermeabile (cioè permeabile a particelle solo di un certo tipo ad esempio permeabile al solvente e non al soluto). Avremo perciò passaggio di solvente da cellule con minor concentrazione (ipotoniche) verso cellule a maggior concentrazione (ipertoniche), finché le due soluzioni non diventano isotoniche. Nel terreno troviamo la soluzione circolante ipotonica rispetto alla soluzione delle cellule dei peli radicali. Pertanto entra acqua nelle cellule radicali che diventano così ipotoniche rispetto alle cellule adiacenti successive. In questo modo l’acqua si sposta fino a giungere ai vasi legnosi dove si incanala verso l’alto a causa della traspirazione.

·        per traspirazione: attraverso le cellule epidermiche e soprattutto attraverso gli stomi l’acqua viene eliminata dalla pianta sotto forma di vapore. Tale evaporazione provoca una concentrazione delle soluzioni delle cellule interessate al fenomeno. Di conseguenza si genera, fra le suddette cellule e quelle adiacenti, un flusso osmotico che porta continuamente acqua per la traspirazione. Però, mentre il passaggio di acqua nel cellule adiacenti avviene per osmosi, il richiamo nel sistema vascolare avviene per la forza di coesione dell’acqua che viene richiamata dalla depressione che si genera in seguito alla traspirazione. In altre parole la foglia funziona come una pompa che aspira acqua dai tessuti conduttori. Questa forza aspirante in alcuni casi può raggiungere valori di 10 – 20 atmosfere. La traspirazione oltre a regolare la quantità d’acqua, regola anche la temperatura, abbassando di 2 – 3 gradi la temperatura della pianta.

Assorbimento degli elementi minerali

L’assorbimento dei sali minerali avviene sotto forma di ioni ed è legato all’assorbimento di acqua (le radici assorbendo l’acqua assorbono anche i sali minerali in essa disciolti). La pianta può assorbire ioni anche per via fogliare. L’assorbimento può essere distinto in assorbimento passivo e assorbimento attivo.

·        Assorbimento passivo comprende la diffusione e l’osmosi. Avviene dall’esterno alla prima parte della cellula detta spazio libero [ectoplasma cioè il citoplasma compreso tra la membrana cellulare e la membrana del vacuolo]. Non richiede energia.

·        Assorbimento attivo: avviene dallo spazio “libero” allo spazio “protetto” [endoplasma o tonoplasma (i vacuoli una volta venivano chiamati tonoplasti) cioè all’interno del vacuolo]. Questi meccanismi sono selettivi e più veloci, richiedono un apporto energetico e sono indipendenti da qualsiasi equilibrio chimico od elettrico fra le due parti della membrana. Per l’entrata degli ioni nella cellula si consuma molto ATP che proviene dall’attività respiratoria. Per la realizzazione di questo trasporto attivo assumono grande importanza i trasportatori specifici che sono dei complessi enzimatici fosforilati. La presenza di questi trasportatori spiega l’assorbimento di ioni attraverso le membrane nonostante due difficoltà:

1.      la notevole dimensione degli ioni essendo essi idratati (cioè avvolti da un mantello acquoso)

2.      la scarsa solubilità degli ioni rispetto ai lipidi della membrana.

Il trasporto attivo inoltre è specifico in quanto il sito attivo del trasportatore può legare soltanto uno ione o alcuni ioni simili fra loro. La velocità di assorbimento non aumenta in modo progressivo con l’aumentare della concentrazione degli ioni (come avviene invece nel trasporto passivo). Nel trasporto attivo la velocità aumenta inizialmente con l’aumentare della concentrazione, ma poi si stabilizza per effetto della saturazione dei trasportatori.


        Velocità di                                       Trasporto attivo

assorbimento



                                                        Trasporto passivo

  

                        Concentrazione dello ione nella soluzione nutritiva

Funzione degli elementi nutritivi ed effetti provocati da eccesso o carenza.

Gli elementi presenti nel terreno, nell’acqua e nell’aria possono essere suddivisi in

§         elementi indispensabili o essenziali la cui mancanza provoca stati patologici e diminuzione di produzione; si dividono a loro volta in:

-         macroelementi che intervengono in concentrazioni elevate. Es C,O,H,N,P,S,Ca,Mg,K

-         microelementi intervengono in piccolissime quantità (< 1000 ppm). Es. Cl, Cu, B, Fe,Mn,Mo,Zn.

§         elementi accessori

§         elementi dannosi

Azoto

L’azoto è un costituente di tutti gli aminoacidi e quindi delle proteine e degli enzimi, degli acidi nucleici e della clorofilla. Le piante assimilano l’azoto sia come ione NO3- sia come ione NH4+.

Adeguate quantità di azoto danno crescita vigorosa ed colorazione verde intensa delle foglie; quantità eccessive allungano il ciclo di maturazione con perdita di qualità dei frutti. La carenza inibisce lo sviluppo della pianta con ingiallimento delle foglie, prima quelle più vecchie (l’azoto in condizioni di carenza è traslocato dalle foglie più vecchie a quelle più giovani). I sintomi di carenza si verificano quando la concentrazione di azoto totale nelle foglie scende sotto del 1,5% del peso secco

Potassio

È il più abbondante componente delle ceneri. Nella pianta muove dalle vfoglie vecchie verso quelle nuove. Si accumula nel vacuolo delle cellule. Ha funzioni prevalentemente catalitiche ed è importante nel movimento degli stomi. Favorisce la formazione di proteine e ancor più degli zuccheri, facendo parte di enzimi che intervengono nella sintesi di questi composti.

Il potassio regola l’apertura e la chiusura degli stomi: si accumula infatti nelle cellule di guardia quando gli stomi si aprono  ed è rilasciato dalle stesse quando gli stomi si chiudono. Questo elemento influenza così la velocità di fotosintesi e di traspirazione. La sua presenza comporta una maggior resistenza dei tessuti, la carenza (valori al 12-16 % della sostanza secca) si manifesta con vari sintomi sulle foglie e stentato accrescimento dei germogli.

Fosforo

Costituente dell’ATP e degli altri nucleotidi, di alcune proteine, dei fosfolipidi delle membrane.

La carenza (valori minori dello 0,2%) provoca una diminuzione della velocità di respirazione e della fotosintesi con stentata crescita, ritardo della maturazione e nanismo. L’inibizione della respirazione provoca un accumulo di zuccheri e la comparsa di un pigmento l’antocianina, color porpora che sta ad indicare carenza di fosforo.

 È assorbito prevalentemente come H2PO4- e HPO42-.

Zolfo

Lo zolfo è essenziale per la sintesi proteica ( gli amminoacidi cisteina e metionina contengono zolfo). La configurazione terziaria e quaternaria delle proteine è dovuta allo zolfo che forma ponti disolfuro). Lo zolfo è un costituende delle vitamine. È assorbito dalle piante come ione solfato. Le carenze di zolfo si verificano principalmente per la lisciviazione nelle zone ad alta piovosità in terreni permeabili con poca sostanza organica. La carenza (valori inferiori allo 1 ‰ del peso secco della pianta)ritarda la crescita e provoca la clorosi.

Calcio

Il calcio è presente nel terreno principalmente come carbonato (calcite, calcare, dolomite). Sui frammenti di rocce calcaree (calcare inerte privo di importanza agronomica se non quella di potenziale riserva) agisce la CO2 portando il Ca2+ nella soluzione circolante dove può essere assorbito dalle radici o adsorbito dai colloidi. Il calcio salifica gli acidi organici ad es. l’acido pectico, formando i pectati, che sono componenti della parete cellulare. Il calcio è trasportato con difficoltà nella pianta (è difficilmente traslocabile dalle foglie più vecchie a quelle più giovani) e perciò i sintomi di carenza sono più evidenti nei tessuti giovani con elevata attività di moltiplicazione cellulare (forse a causa del bisogno di calcio per la formazione della lamella mediana tra due cellule figlie, o anche per la necessità di calcio per il fuso mitotico). La carenza provoca il blocco dello sviluppo delle gemme apicali e la formazione di tessuti distorti e deformati.

Magnesio

È un componente della molecola della clorofilla. Perciò la sua carenza può inibire la formazione della clorofilla e provocare clorosi fogliare prima nelle foglie più vecchie. La correzione è fatta mediante somministrazione per via fogliare o nel terreno di MgSO4.






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