Tessuti vegetali
Le piante sono eucarioti pluricellulari con sistemi di tessuti composti da vari tipi di cellule che svolgono funzioni specifiche. I sistemi tissutali delle piante rientrano in uno dei due tipi generali: tessuto meristematico e tessuto permanente (o non meristematico). Le cellule del tessuto meristematico si trovano nei meristemi, che sono regioni vegetali di continua divisione e crescita cellulare. Le cellule del tessuto meristematico sono indifferenziate o incompletamente differenziate, e continuano a dividersi e a contribuire alla crescita della pianta. Al contrario, il tessuto permanente è costituito da cellule vegetali che non si dividono più attivamente.
I tessuti meristematici sono di tre tipi, in base alla loro posizione nella pianta. I meristemi apicali contengono tessuti meristematici situati all’estremità dei fusti e delle radici, che permettono alla pianta di estendersi in lunghezza. I meristemi laterali facilitano la crescita dello spessore o della circonferenza in una pianta in maturazione. I meristemi intercalari si trovano solo nelle monocotiledoni, alla base delle lamine fogliari e ai nodi (le aree in cui le foglie si attaccano al fusto). Questo tessuto permette alla lamina fogliare delle monocotiledoni di aumentare in lunghezza dalla base della foglia; per esempio, permette alle foglie dell’erba del prato di allungarsi anche dopo ripetute falciature.
I meristemi producono cellule che si differenziano rapidamente, o si specializzano, e diventano tessuto permanente. Queste cellule assumono ruoli specifici e perdono la loro capacità di dividersi ulteriormente. Si differenziano in tre tipi principali: tessuto dermico, vascolare e terreno. Il tessuto dermico copre e protegge la pianta, mentre il tessuto vascolare trasporta acqua, minerali e zuccheri alle diverse parti della pianta. Il tessuto terrestre serve come sito per la fotosintesi, fornisce una matrice di supporto per il tessuto vascolare e aiuta a immagazzinare acqua e zuccheri.
I tessuti secondari sono semplici (composti da tipi di cellule simili) o complessi (composti da diversi tipi di cellule). Il tessuto dermico, per esempio, è un tessuto semplice che copre la superficie esterna della pianta e controlla lo scambio di gas. Il tessuto vascolare è un esempio di tessuto complesso ed è composto da due tessuti conduttori specializzati: xilema e floema. Il tessuto xilematico trasporta l’acqua e le sostanze nutritive dalle radici alle diverse parti della pianta e comprende tre diversi tipi di cellule: elementi vascolari e tracheidi (entrambi conducono l’acqua) e il parenchima xilematico. Il tessuto floemico, che trasporta i composti organici dal sito di fotosintesi ad altre parti della pianta, consiste di quattro diversi tipi di cellule: cellule a setaccio (che conducono i fotosintati), cellule compagne, parenchima floemico e fibre floematiche. A differenza delle cellule conduttrici dello xilema, le cellule conduttrici del floema sono vive a maturità. Lo xilema e il floema sono sempre adiacenti l’uno all’altro (Figura 1). Nei fusti, lo xilema e il floema formano una struttura chiamata fascio vascolare; nelle radici, questa è chiamata stele vascolare o cilindro vascolare.
Figura 1. Questa micrografia luminosa mostra una sezione trasversale di uno stelo di zucca (Curcurbita maxima). Ogni fascio vascolare a forma di goccia consiste di grandi vasi xilematici verso l’interno e di cellule floemiche più piccole verso l’esterno. Le cellule dello xilema, che trasportano acqua e nutrienti dalle radici al resto della pianta, sono morte alla maturità funzionale. Le cellule del floema, che trasportano zuccheri e altri composti organici dal tessuto fotosintetico al resto della pianta, sono vive. I fasci vascolari sono racchiusi nel tessuto di terra e circondati da tessuto dermico. (credit: modification of work by “(biophotos)”/Flickr; scale-bar data from Matt Russell)
Tutti gli animali sono fatti di quattro tipi di tessuto: epidermico, muscolare, nervoso e connettivo. Anche le piante sono fatte di tessuti, ma non sorprende che i loro stili di vita molto diversi derivino da diversi tipi di tessuti. Tutti e tre i tipi di cellule vegetali si trovano nella maggior parte dei tessuti vegetali. Tre tipi principali di tessuti vegetali sono i tessuti dermici, terrestri e vascolari.
Tessuto dermico
Il tessuto dermico del fusto consiste principalmente di epidermide, un singolo strato di cellule che copre e protegge il tessuto sottostante. Le piante legnose hanno uno strato esterno duro e impermeabile di cellule di sughero comunemente noto come corteccia, che protegge ulteriormente la pianta dai danni. Le cellule epidermiche sono le più numerose e meno differenziate delle cellule dell’epidermide. L’epidermide di una foglia contiene anche delle aperture note come stomi, attraverso le quali avviene lo scambio di gas (Figura 2). Due cellule, note come cellule di guardia, circondano ogni stoma della foglia, controllando la sua apertura e chiusura e regolando così l’assorbimento di anidride carbonica e il rilascio di ossigeno e vapore acqueo. I tricomi sono strutture simili a peli sulla superficie epidermica. Aiutano a ridurre la traspirazione (la perdita di acqua da parte delle parti fuori terra della pianta), aumentano la riflettanza solare e immagazzinano composti che difendono le foglie dalla predazione degli erbivori.
Figura 2. Le aperture chiamate stomi (singolare: stoma) permettono a una pianta di assorbire anidride carbonica e rilasciare ossigeno e vapore acqueo. La (a) micrografia elettronica a scansione colorata mostra uno stoma chiuso di una dicotomia. Ogni stoma è affiancato da due cellule di guardia che regolano la sua (b) apertura e chiusura. Le cellule di guardia (c) si trovano all’interno dello strato di cellule epidermiche (credito a: modifica del lavoro di Louisa Howard, Rippel Electron Microscope Facility, Dartmouth College; credito b: modifica del lavoro di June Kwak, Università del Maryland; dati in scala da Matt Russell)
Tessuto vascolare
Lo xilema e il floema che costituiscono il tessuto vascolare del fusto sono disposti in filamenti distinti chiamati fasci vascolari, che corrono su e giù per la lunghezza del fusto. Quando il fusto è visto in sezione trasversale, i fasci vascolari dei fusti delle dicotiledoni sono disposti ad anello. Nelle piante con fusti che vivono per più di un anno, i singoli fasci crescono insieme e producono i caratteristici anelli di crescita. Nei fusti delle monocotiledoni, i fasci vascolari sono sparsi casualmente nel tessuto di terra (Figura 3).
Figura 3. In (a) fusti di dicotiledoni, i fasci vascolari sono disposti intorno alla periferia del tessuto di terra. Il tessuto xilematico si trova verso l’interno del fascio vascolare e il floema verso l’esterno. Le fibre dello sclerenchima coprono i fasci vascolari. In (b) fusti di monocotiledoni, i fasci vascolari composti da tessuti xilematici e floematici sono sparsi in tutto il tessuto terrestre.
Il tessuto xilematico ha tre tipi di cellule: parenchima xilematico, tracheidi ed elementi vascolari. Questi ultimi due tipi conducono l’acqua e sono morti alla maturità. Le tracheidi sono cellule dello xilema con pareti cellulari secondarie spesse e lignificate. L’acqua si muove da una tracheide all’altra attraverso regioni sulle pareti laterali note come fosse, dove le pareti secondarie sono assenti. Gli elementi vascolari sono cellule xilematiche con pareti più sottili; sono più corte delle tracheidi. Ogni elemento vascolare è collegato al successivo per mezzo di una piastra di perforazione alle pareti terminali dell’elemento. L’acqua si muove attraverso le piastre di perforazione per risalire la pianta.
Il tessuto floemico è composto da cellule a setaccio, cellule compagne, parenchima floemico e fibre floemiche. Una serie di cellule a setaccio (chiamate anche elementi a setaccio) sono disposte una all’altra per formare un lungo tubo a setaccio, che trasporta sostanze organiche come zuccheri e aminoacidi. Gli zuccheri passano da una cellula a setaccio all’altra attraverso le piastre a setaccio perforate, che si trovano alle giunzioni finali tra due cellule. Sebbene ancora vivi alla maturità, il nucleo e altri componenti cellulari delle cellule a setaccio si sono disintegrati. Le cellule di accompagnamento si trovano accanto alle cellule a setaccio e forniscono loro supporto metabolico. Le cellule compagne contengono più ribosomi e mitocondri delle cellule a setaccio, che mancano di alcuni organelli cellulari.
Tessuto di base
Il tessuto di base è composto principalmente da cellule del parenchima, ma può anche contenere cellule del collenchima e dello sclerenchima che aiutano a sostenere il fusto. Il tessuto di terra verso l’interno del tessuto vascolare in uno stelo o in una radice è conosciuto come midollo, mentre lo strato di tessuto tra il tessuto vascolare e l’epidermide è conosciuto come corteccia.
Gli organi delle piante
Come gli animali, le piante contengono cellule con organelli in cui hanno luogo specifiche attività metaboliche. A differenza degli animali, però, le piante usano l’energia della luce solare per formare zuccheri durante la fotosintesi. Inoltre, le cellule vegetali hanno pareti cellulari, plastidi e un grande vacuolo centrale: strutture che non si trovano nelle cellule animali. Ognuna di queste strutture cellulari svolge un ruolo specifico nella struttura e nella funzione delle piante.
Nelle piante, proprio come negli animali, cellule simili che lavorano insieme formano un tessuto. Quando diversi tipi di tessuti lavorano insieme per svolgere una funzione unica, formano un organo; gli organi che lavorano insieme formano sistemi di organi. Le piante vascolari hanno due sistemi di organi distinti: un sistema di germogli e un sistema di radici. Il sistema dei germogli consiste di due parti: le parti vegetative (non riproduttive) della pianta, come le foglie e gli steli, e le parti riproduttive della pianta, che includono fiori e frutti. Il sistema di germogli generalmente cresce in superficie, dove assorbe la luce necessaria per la fotosintesi. Il sistema radicale, che sostiene le piante e assorbe acqua e minerali, è di solito sottoterra. La figura 4 mostra i sistemi di organi di una tipica pianta.
Figura 4. Il sistema di germogli di una pianta consiste di foglie, steli, fiori e frutti. L’apparato radicale ancorato alla pianta assorbe l’acqua e i minerali dal terreno.
Figura 5.