Fiziologia plantelor

Fiziologia plantelor are ca obiect studiul funcțiilor plantelor la nivel macroscopic și microscopic; semnificând prin funcție „ansamblul tuturor actelor coordonate care vizează obținerea unui rezultat bine definit și a unui efect util” ( F. Ghiretti , 1977 ). Toate organismele foto - chimio - autotrofe sunt clasificate ca plante.

Istorie

Înțelegerea „mecanismului” funcțional al plantelor a fost una dintre cele mai dificile sarcini ale cunoașterii științifice. De fapt, dovezile, care necesită experiența comună a fermierilor și grădinarilor, conform cărora plantele cresc mai puternic pe soluri bogate în humus , au susținut, de milenii, credința că plantele au extras materialele din sol pentru a-și construi organele. În 1731, Jethro Tull , genialul agronom englez, susține că rădăcinile plantelor funcționează în sol pe măsură ce vilozitățile intestinale ale animalelor acționează în intestinul animalului ^[1] .

Experimentul lui Jean Baptiste van Helmont aruncă întreaga știință europeană în dezorientare. El îl repetă, cu o mai mare rigoare experimentală, pe Robert Boyle , care demonstrează că, cultivând într-un ghiveci o plantă ale cărei organe ating, uscate, o greutate vizibilă, greutatea pământului ghiveciul nu scade apreciabil. El analizează implicațiile experimentului Henri Duhamel du Monceau , unul dintre cei mai mari naturaliști ai sezonului enciclopedismului francez, care în Phisique des arbres culege toate explicațiile încercate de naturaliștii contemporani demonstrând incapacitatea lor de a explica fenomenul ^[2] .

Trebuie să menționăm că Italia este practic absentă din studiile premergătoare marii descoperiri. Singurul semn al prezenței pe terenul marii investigații este cel al unui stareț din Teramo , Berardo Quartapelle , care, însoțind fiul unui patrician abruzzez, Orazio Delfico, la Pavia , cel mai mare centru de studii naturaliste italiene, publică: în 1801 , Principiile vegetației , rezultatul studiilor și experimentelor desfășurate în orașul natal, îmbogățit de lecturile efectuate în universitatea din Pavia, oferind imaginea cea mai precisă a cunoștințelor, încă neîmplinite, în ajunul descoperirea lui De Saussure, ^[3] .

În 1804, Théodore de Saussure a publicat Réchérches chimiques sur la vegetarian , lucrarea care propune explicația organică a procesului de fotosinteză, mecanismul conform căruia dioxidul de carbon și apa sunt combinate în frunze pentru a compune hidrați de carbon. Descoperirea este o operă de prodigioasă abilitate experimentală, care îi permite naturalistului genevian să opereze cu o acuratețe perfectă asupra unor cantități de ordinul miligramelor. O lucrare strălucită, dar publicată de un mic editor, cea mai mare contribuție la cunoașterea mecanismelor vieții pe pământ va fi înțeleasă doar cu mare întârziere. Liebig va traduce descoperirea marelui Genevan într-o descoperire agronomică cu o întârziere de patruzeci de ani. ^[4] . Descoperirea este atât de șocantă, în comparație cu credințele comune, susținută de știința peripatetică antică, încât știința retrogradă mărturisește că plantele se hrănesc cu carbon preluat din sol până în al treilea sfert al secolului al XIX-lea. Doi oameni de știință italieni, Carlo Berti Pichat și Giuseppe Ottavi, care pot fi considerați ultimii „humiști” din spatele științei europene, constituie exemple emblematice ale incapacității de a înțelege descoperirea lui De Saussure și traducerea sa agronomică de către Liebig ^[5] .

Cronologia sintetică

Aristotel, dar și elevul său Teofrast , autorul cărții „De causis plantarum”, credea că plantele au extras din pământ nutrienții deja direct asimilabili.
Al XVI-lea : Andrea Cesalpino
JB Van Helmont: Diferenții constituenți ai plantelor sunt fabricați chiar de uzină.
1758 LH Duhamel du Monceau publică La phisique des arbres , recenzia cunoștințelor pe tema unui mare enciclopedic
E.Mariotte El a încercat să readucă nutriția și creșterea plantelor înapoi la procesele chimice sau fizice.
S.Hales: circulația limfei și transpirația frunzelor; descoperă presiunea radicală.
1772 Priestley: Legumele „refac” aerul descoperit în 1779
1779 Ingenhousz: Lumina este necesară…. Plantele respiră și emit dioxid de carbon .
1782 Senebier: Plantele, în prezența luminii, absorb dioxidul de carbon și eliberează oxigen.
1801 Berardo Quartapelle publică Principiile vegetației aplicate adevăratei arte a cultivării pământului , analiza cunoștințelor dobândite în ajunul descoperirii lui De Saussure
1804 De Saussure: Evaluare cantitativă a fenomenelor care apar în timpul nutriției.
1845 Mayer: Plantele transformă energia luminii în energie chimică.
Henri Dutrochet : Legi fundamentale ale permeabilității și osmozei
1860 - 1865 : Semnificația fotosintezei și localizarea organizației de dioxid de carbon.
J.Liebig, JBBoussingault: Importanța substanțelor azotate.
1887 H. Helbriegel, H. wilfarth: Fixarea biologică a azotului .
1900 - 2005 : Fotoperiodicitate, regulatori de dezvoltare, enzime . Odată cu utilizarea izotopilor radioactivi și aplicarea altor metode, procesul de fotosinteză este clarificat.

Structura și funcțiile macroscopice ale unei plante

În general, o plantă sau o legumă este un organism viu autotrof compus dintr-un sistem de rădăcini (rădăcini), o tulpină și un sistem de frunze. Sistemul de rădăcini are sarcina de a ancora planta de sol și de a absorbi din acesta substanțele nutritive (minerale și apă) necesare proceselor vitale ale plantei în sine. Tulpina are sarcina de a susține aparatul foliar, permițând dezvoltarea verticală și transportul sevei. Pe de altă parte, aparatul foliar are sarcina de a captura lumina soarelui necesară fotosintezei și de a efectua schimburi gazoase.

Funcții

Înlocuirea apei

Leguma superioară, legată de mediul înconjurător, este mai mult decât orice altă ființă vie, legată de substrat și, prin urmare, poate prelua substanțele nutritive în starea de soluție . Diferite organe ale aceleiași plante conțin cantități diferite de apă . Activitatea metabolică este strict dependentă de starea de hidratare. Aportul de apă poate avea loc prin imbiție , osmoză . Mecanismele implicate sunt următoarele:

Nutriție minerală

Tabelele următoare prezintă elementele nutriționale esențiale, adică indispensabile pentru dezvoltarea completă a plantei; de la sămânță la individul adult care produce o altă generație de semințe.

Macronutrienți (necesari în cantități mari)
Element	Disponibil ca	Notă
Azot	NO ₃ ^- NH ₄ ⁺	Acizi nucleici, proteine, diferite tipuri de fitohormoni etc.
Oxigen	O ₂ H ₂ O	Diversi compuși organici
Carbon	CO ₂	Diversi compuși organici
Hidrogen	H ₂ O	Diversi compuși organici
Potasiu	K ⁺	cofactor de sinteza proteinelor, echilibrul apei etc.
Fotbal	Ca ²⁺	Sinteza și stabilizarea peretelui celular
Magneziu	Mg ²⁺	Element esențial al clorofilei
Fosfor	H ₂ PO ₄ ^-	Acizi nucleici , fosfolipide , ATP
Sulf	SO ₄ ^2–	Constituent al proteinelor și al coenzimelor

Micronutrienți (necesari în cantități mici)
Element	Disponibil ca	Notă
Clor	CI ^-	-
Bor	H ₃ BO ₃	-
Mangan	Mn ²⁺	Activați câteva enzime
Zinc	Zn ²⁺	Intervine în sinteza enzimelor și a clorofilei
Cupru	Cu ⁺	Enzime pentru sinteza ligninei
Molibden	MoO ₄ ^2-	Azotul fixare, nitrat de reducere
Nichel	Ni ²⁺	Cofactori enzimatici în metabolism, compuși cu azot

Studiul experimental al absorbției nutrienților are loc cu cultivarea plantei în soluție apoasă . În acest scop, au fost definite formule de soluții nutriționale; de exemplu: soluțiile Knop, Van der Crone și Pfeffer. Formula lui Hoagland ( 1933 ) este una dintre cele mai utilizate.

Echilibrul membranei (sau Donnan)

Legea lui Fick (pentru a calcula un flux printr-un por): ${\frac {dn}{dt}}=-A_{p}\times D\times {\frac {dc}{dx}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dn} {dt}} = - A_ {p} \ times D \ times {\ frac {dc} {dx}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dn} {dt}} = - A_ {p} \ times D \ times {\ frac {dc} {dx}}}$ dn = n ° de aluniți infinitezimali; dt = timp infinitesimal; A _p = zona porilor; D = coeficient de perfuzie, în funcție de tipul membranei celulare ; ${\frac {dc}{dx}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dc} {dx}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dc} {dx}}}$ = gradient de concentrație .

Ascensiunea limfei prin vase

Transpiraţie

Este procesul prin care planta pierde vapori de apă din stomate datorită evaporării datorate temperaturii externe.

Transpirația urmează următoarea lege:

Jv={\frac {RT}{V}}\times \ln {RH}

{\ displaystyle Jv = {\ frac {RT} {V}} \ times \ ln {RH}}

{\ displaystyle Jv = {\ frac {RT} {V}} \ times \ ln {RH}}

unde Jv = viteza curgerii apei, R = constanta gazului , T = temperatura absolută măsurată în kelvini , RH = umiditatea relativă a aerului.

Funcția transpirației este de a regla temperatura plantei în special vara prin intermediul aparatului frunzelor : evaporarea este de fapt un proces fizic care elimină căldura latentă .

Enzimele

Enzimele sunt definite ca catalizatori biologici, în general de natură proteică și cu o activitate foarte specifică. Reacția chimică generală este următoarea:

$\mathrm {E+S} \;$ ${\ displaystyle \ mathrm {E + S} \;}$ ${\ displaystyle \ mathrm {E + S} \;}$ $\mathrm {ES} \;$ ${\ displaystyle \ mathrm {ES} \;}$ ${\ displaystyle \ mathrm {ES} \;}$ $\mathrm {E+P} \;$ ${\ displaystyle \ mathrm {E + P} \;}$ ${\ displaystyle \ mathrm {E + P} \;}$

Unde este:
E indică enzima
S indică substratul
ES indică intermediarul de reacție format de enzimă și substrat
P indică produsul reacției
Acasă a enzimelor
Enzimele legate de ciclul Krebs sunt prezente în condriom
În plastidele verzi, enzimele fotosintezei
În nucleul celular și citoplasmă, cele legate de sinteza proteinelor .
Enzimele secretate se numesc exoenzime.

Fotosinteza și organizarea carbonului

Plantele verzi sunt organisme autotrofe Prin autotrofism se înțelege capacitatea de a sintetiza compușii organici necesari plantei pornind de la elemente minerale simple și folosind o sursă de energie externă. Trecerea de la compuși anorganici simpli la compuși organici complecși se numește organică . Clorofilele , molecule fotosensibile conținute în cloroplaste , au un inel tetrapirolic ( porfirină ) cu un atom de magneziu și un lanț lateral de fitol ( fitol ) în centru.

Organizarea tipică a plantelor este fotosinteza descrisă de următoarea reacție chimică: ${\begin{matrix}&Luce&\\CO_{2}+2H_{2}O&\longrightarrow &(CH_{2}O)+H_{2}O+O_{2}\end{matrix}}$ ${\ displaystyle {\ begin {matrix} & Luce & \\ CO_ {2} + 2H_ {2} O & \ longrightarrow & (CH_ {2} O) + H_ {2} O + O_ {2} \ end {matrice }}}$ ${\ displaystyle {\ begin {matrix} & Light & \\ CO_ {2} + 2H_ {2} O & \ longrightarrow & (CH_ {2} O) + H_ {2} O + O_ {2} \ end {matrice }}}$

Reacții la lumină : electronii promovați de acțiunea luminii, la un nivel mai ridicat de energie, sunt transportați într-un sistem de transport către o moleculă care acceptă electronii, Ferredodoxina. Există deci o posibilitate dublă: 1) fosforilarea ciclică cu sinteză ATP. 2) cale neciclică cu sinteza unei coenzime în stare redusă NADPH + H +

Reacții în întuneric : Organizarea $CO_{2}$ ${\ displaystyle CO_ {2}}$ $CO_ {2}$ și sinteza glucozei ( ciclul Calvin ).

Sinteza glucidelor

Organizarea azotului

Plantele asimilează în principal azotul în 2 forme: azotic (NO3-) și amoniacal (NH3), prima în special reprezintă forma cea mai ușor de utilizat și metabolizabilă. Există, de asemenea, specii de plante (leguminoase) care asimilează azotul cu ajutorul bacteriilor. Bacteriile sunt încorporate în chisturi de către plante care recunosc așezarea bacteriană interpretând-o ca o infecție, imediat după aceea începe lucrarea de fixare a azotului, care are loc numai datorită simbiozei în sine, este important să subliniem că fixarea azotului nu are loc individual, ci numai datorită la simbioză. Protagoniștii acestei simbioze mutualiste sunt rădăcina leguminoaselor și bacteriile din genul rhizobium.

Sinteza aminoacizilor

Sinteza proteinelor și a acizilor nucleici

Fixarea azotului molecular

Organizarea sulfului și fierului

Sulful , indispensabil în plantă pentru multe biosinteze vegetale, cum ar fi proteinele și aminoacizii , este asimilat sub formă de sulfați (SO4) biodisponibili prin activitatea bacteriană, care îi aduce în această formă pornind de la sulful elementar și sărurile feroase dizolvate în sol .

Nutriție heterotrofă

Viața a încetinit

Rezistență în condiții nefavorabile

Germinarea semințelor ; Condiții fiziologice pentru germinare

Crestere si dezvoltare

Dezvoltarea înseamnă acel ansamblu de procese care, pornind de la un element nediferențiat, duc la dezvoltarea diferitelor tipuri de țesuturi de plante și organe . Această funcție este apanajul vârfurilor vegetative, tulpina și rădăcina și țesuturile meristemului cambial . Pe scurt, avem:

Creșterea elementară
Embrionic (meresi)	Creșterea numărului de celule vegetale
Pentru relaxare (auxesi)	Creșterea volumului celulei datorită aportului de apă
Diferenţiere	De la egalitate la specializarea structurilor și funcțiilor

Factori de creștere a plantelor fitohormoni : Auxine

Funcțiile auxinelor
Absorbtia apei	Alungirea celulelor la plantele vasculare, tropism , nastie
Mărirea celulei	-
Stimularea mitozei	Proliferarea celulelor în țesutul cambium
Stimulează producția de noi rădăcini	Numai în concentrații scăzute. Concentrațiile mari îl inhibă
Diferențierea vasculară și a xilemului	-
Corelații complexe și acumulare	-
Diverse acțiuni	În procesele de rotație, fluxul crescut de metaboliți către ovar , accelerează respirația celulară și procesele enzimatice

Studiu macroscopic al creșterii

Factorii de influență

Tropisme

Geotropism sau gravitotropism, pozitiv și negativ. Fototropism , chemotropism , hidrotropism , tigmotropism , heliotropism .

Fiziologia înfloririi

Generalități, fotoperiodism , teoria fitocromului .

Procese de corelare

Miceliu , molecule chimice volatile, semnale vizuale și sonore.

Mișcări

Nictastia , tigmonastia , nutarea , nasticul, curbura, mișcările de translare sau locomoție (tactism), fototactism, chemotactism.

Mimetism

Mimetismul în plante

Notă

^ Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol. II Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 61-84
^ Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol. II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 157-172
^ Antonio Saltini, Istoria științelor agricole, vol. II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 425-430.
^ Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 485-512, voi. III, Epoca mașinii cu aburi și a îngrășămintelor industriale , 1989, pp. 1-22
^ Antonio Saltini, Istoria științelor agricole, vol. IV, 1989, Agricultura la vârful părului descoperirii microbilor , pp. 99-119 și 171-190

Bibliografie

Lincoln Taiz, Eduardo Zeiger; Fiziologia plantelor Ediția a treia. Editori Sinauer Associates, Inc. ( ediția a IV-a pe internet )
Frank B. Salisbury, Cleon W. Ross; Fiziologia plantelor , Wadsworth, 1992. ISBN 0-534-15162-0 manual de licență în fiziologia plantelor
Lambers, H.; Ecologie fiziologică a plantelor , Springer-Verlag, New York 1998. ISBN 0-387-98326-0
Larcher, W. (2001); Ecologie fiziologică a plantelor ediția a IV-a, Springer ISBN 3-540-43516-6
Duane Isely, „Julius von Sachs” în O sută și un botanici , Iowa State University Press, Ames, pp 216-219, ISBN 0-8138-2498-2
Antonio Saltini; Istoria științelor agricole , 4 vol., Bologna , 1984-89
Lincoln Taiz, Eduardo Zeiger Fiziologia plantelor , Piccin, Padova, 2009, ISBN 978-88-299-1974-1

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikiversitatea conține resurse privind fiziologia plantelor
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre fiziologia plantelor

Controlul autorității	Tesauro BNCF 33571 · LCCN (EN) sh85119557 · GND (DE) 4045580-4 · BNF (FR) cb119329593 (data) · NDL (EN, JA) 00.572.149

Portal botanic : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de botanică

[Tull-1] Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol. II Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 61-84

[Duhamel-2] Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol. II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 157-172

[Quartapelle-3] Antonio Saltini, Istoria științelor agricole, vol. II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 425-430.

[Saussure-4] Antonio Saltini, Istoria științelor agricole , vol II, Secolele revoluției agrare , 1987, pp. 485-512, voi. III, Epoca mașinii cu aburi și a îngrășămintelor industriale , 1989, pp. 1-22

[Ottavi-5] Antonio Saltini, Istoria științelor agricole, vol. IV, 1989, Agricultura la vârful părului descoperirii microbilor , pp. 99-119 și 171-190

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]