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mercoledì 7 ottobre 2015

Cosa Determina la Resistenza al Freddo e al Gelo di una Pianta?

Una domanda che ogni aspirante giardiniere si è posto almeno una volta è : "Perché una pianta resiste al freddo e al gelo, mentre un'altra muore?". 
Perché un Larice può reggere temperature di -45° C (-45° F) senza subire il minimo danno, mentre piante strettamente tropicali come il Durian, il Mangostano, o la Palma da Cocco muoiono anche a temperature ben superiori agli 0° C (32° F) ?

Gelo e Brina su Magnolia


























Per comprendere i meccanismi che governano la resistenza al freddo di una pianta dobbiamo chiarire la differenza tra freddo e gelo.
Gli zero gradi centigradi (32° F) rappresentano una soglia ben delimitata, sopra di essa l'acqua è allo stato liquido, sotto di essa l'acqua è allo stato solido. Dato che le cellule vegetali sono composte per il 70% di acqua e dato che l'acqua, quando diventa ghiaccio, aumenta il proprio volume, è facile intuire che la formazione di ghiaccio intracellulare romperebbe le cellule, così come succederebbe con una bottiglia di vetro piena d'acqua messa nel freezer, tuttavia, come vedremo più avanti, il meccanismo che porta alla morte cellulare in condizioni di gelo non è esattamente questo e spesso può avvenire anche in assenza di formazione di ghiaccio all'interno della cellula.
(N.B. 70% di acqua è un valore medio, questa percentuale varia in funzione dei tessuti e delle specie)


Una prima distinzione possiamo dunque farla tra piante che resistono o meno al gelo, tuttavia anche tra le piante sensibili al gelo vi è una diversa tolleranza al freddo.
Le reazioni enzimatiche necessarie per la sopravvivenza di una pianta variano al variare della temperatura (più la temperatura è bassa e più sono lente). La soglia di temperatura entro cui una reazione biochimica è sufficientemente efficace varia da specie a specie, così, una pianta sensibile al gelo, ma resistente al freddo, può sopravvivere anche a lunghi periodi con temperature di 5° C (40° F), mentre un'altra deperisce.


Perché una Pianta Muore di Freddo con Temperature Superiori a 0° C (32° F)?



Una pianta tropicale si è evoluta per vivere in un ambiente in cui le temperature sono superiori ai 20° C (68° F) per tutto l'anno. Se viene esposta per lunghi periodi a basse temperature, anche se superiori al punto di congelamento, la pianta non è più in grado di svolgere funzioni per lei vitali.
Supponiamo che ad esempio una certa pianta assorba un composto (Metabolita) e lo trasformi, tramite due reazioni enzimatiche, in un composto finale.


Metabolita 1(iniziale)------------------------->Metabolita 2-------------------------->Metabolita 3 (finale)


Supponiamo che la reazione 1 (quella che produce il Metabolita 2) avvenga efficientemente anche al freddo, mentre la reazione 2 (quella che produce il Metabolita 3) sia fortemente inibita.
In condizioni ottimali si instaura un equilibrio e il Metabolita 2 è subito convertito nel Metabolita finale. Al freddo la reazione 1 avviene, il Metabolita 2 viene prodotto, ma non può esser convertito nel Metabolita 3.
Se il Metabolita 2 fosse un composto tossico (tollerato solo in piccole quantità) oppure se il Metabolita 3 fosse essenziale, la pianta morirebbe, rispettivamente, per avvelenamento o per carenza di elementi.
Temperature basse inibiscono la fotosintesi e la crescita della pianta, ciò può causare marciumi radicali e/o scompensi metabolici (es. accumulo di metaboliti tossici) letali per la specie, inoltre il freddo altera le proprietà della membrana cellulare alterando così il trasporto delle varie molecole tra l'interno e l'esterno della cellula.

Brina e gelo su corbezzolo


Perché le Cellule di una Pianta Muoiono col Gelo?


Le cellule di una pianta iniziano a morire quando il gelo è più intenso della soglia tollerata dalla specie. Le cellule muoiono per il gelo a causa della loro disidratazione, ma cosa vuol dire?

Quando la temperatura si abbassa sotto il punto di congelamento, l'acqua presente negli spazi intercellulari (fra le cellule, detti anche extracellulari) inizia a formare cristalli di ghiaccio, prima che l'acqua all'interno delle cellule possa gelare. Per un processo fisico, che non spiegherò qui, la formazione di ghiaccio intercellulare "richiama" acqua dalle cellule, questa acqua fuoriesce negli spazi intercellulari e diventerà a sua volta ghiaccio. La perdita di acqua intracellulare porta alla disidratazione cellulare che a sua volta può portare alla morte cellulare, ciò nonostante alcune specie sono in grado di sopravvivere al ghiaccio intercellulare. La formazione di ghiaccio intracellulare è un fenomeno più raro che avviene solo in cellule molto idratate (e quindi con pochi soluti) e che abbiano una parete piuttosto sottile; questo fenomeno, diversamente dalla formazione di ghiaccio intercellulare, è praticamente sempre letale.


Come Fa una Pianta a Proteggersi dal Gelo?


Affinché una pianta possa sopravvivere al gelo è necessario mettere in atto dei meccanismi che impediscano la formazione di ghiaccio intracellulare e permettano alla pianta di tollerare il ghiaccio extracellulare (o intercellulare).
Per fare ciò le piante possono adottare diverse strategie, una delle più comuni è quella di aumentare la concentrazione di zuccheri e altri soluti all'interno della cellula. Questo, oltre a ridurre ulteriormente il punto di congelamento intracellulare, permette di incrementare la pressione osmotica cellulare controbilanciando così la forza che "richiama" acqua dalle cellule verso gli spazi extracellulari, prevenendo di fatto la disidratazione; insomma usano una tecnica non molto diversa rispetto alla aggiunta di additivi antigelo che utilizziamo per non far gelare l'acqua nel radiatore delle nostre macchine.

Altre piante, come ad esempio le Betulle, resistono al gelo semplicemente perché le loro cellule sono in grado di sopravvivere anche se fortemente disidratate. Questo tipo di piante, di solito, perde le foglie in inverno e "confina" l'acqua nei tessuti interni di rami e tronco.

Un ultimo fatto da menzionare è che l'acquisizione della resistenza al gelo invernale richiede tempo affinché si mettano in atto una serie di meccanismi di difesa contro il freddo (perdita foglie, concentrazione dei soluti etc..). Piante resistenti al gelo in inverno non è detto che lo siano anche in altre stagioni; se il gelo arriva troppo presto in autunno, e la pianta "non è ancora pronta", può causare la morte anche in piante ritenute resistenti al gelo.