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martedì 30 maggio 2017

Cosa Determina la Resistenza alla Siccità nelle Piante? Come Aumentarla?

Con i cambiamenti climatici in atto, sempre più zone vanno incontro a desertificazione, inoltre l'incremento della popolazione impone uno sfruttamento più intenso del territorio. Ogni chilometro conquistato dal deserto equivale a tonnellate di cibo in meno per la popolazione.

Pare ovvio che non tutte le piante hanno la stessa resistenza alla siccità, alcune possono addirittura vivere ai confini dell'arido deserto del Sahara, dove non piove praticamente mai, altre invece morirebbero anche in una "normaleestate del Sud Italia.

  • Come fanno le piante a sopravvivere con poca acqua? 
  • Quali rimedi si possono utilizzare per ridurre le innaffiature? 
  • A cosa è dovuta la differente capacità di resistere alla siccità ed al caldo torrido? 
  • Quali meccanismi mettono in atto le piante per limitare i danni?

Camelia Sofferente per Mancanza di Acqua


Una domanda che mi sono sempre posto è :

"Una pianta riesce a resistere alla siccità perché ha bisogno poca acqua o perché le sue radici riescono a pescarla laddove altre non arrivano?

Sicuramente una pianta adatta a climi secchi tende ad avere un apparato radicale più espanso e, generalmente, più profondo. Anche una stessa specie, se cresciuta in ambienti diversi, tende a fare radici più profonde in terreni aridi.
Tuttavia, in zone in cui non piove mai, l'acqua si troverebbe solo ad una profondità in cui non ci sarebbe abbastanza ossigeno per lo sviluppo radicale.
Inoltre le radici servono anche da ancoraggio e la relazione "disponibilità d'acqua/dimensioni dell'apparato radicale" non è sempre così lineare; anzi le radici più grandi al mondo sono proprio quelle di alcuni Ficus che vivono in zone tropicali, soggette a frequenti piogge (vedi Record delle Piante).

Che aver radici profonde non sia l'unica strategia per resistere alla siccità si può notare anche nella coltivazione in vaso; qui lo sviluppo delle radici è forzatamente limitato, eppure specie diverse possono essere innaffiate con frequenze ben diverse.
In molti casi, comunque, è più importante l'efficacia con cui le radici assorbono l'acqua, più che le dimensioni in sé

Il bilancio idrico è però dato dall'acqua assorbita, meno l'acqua persa. In altri termini, in ambienti aridi, è fondamentale limitare al massimo la dispersione di acqua.

Le piante che vivono in ambienti secchi vengono definite specie Xerofili (o Xerofite) ed hanno evoluto una serie di adattamenti morfologici e fisiologici atti a ridurre al minimo lo spreco di acqua.

La principale perdita di acqua nelle piante avviene per traspirazione, tramite gli Stomi, delle microscopiche aperture collocate sulle foglie.


Adattamenti Anatomici :

Le piante Xerofile hanno generalmente internodi (spazio tra una foglia e l'altra) corti, un portamento arbustivo ed una chioma folta. In questo modo le foglie si ombreggeranno meglio l'un l'altra ed, all'interno della chioma, si creerà un microclima meno secco rispetto all'aria circostante.
Alcune piante, per limitare al minimo la perdita d'acqua, hanno perso le foglie (o al più le hanno trasformate in spine), relegando la funzione fotosintetica ai rami.
Anche piante che non adottano questa strategia hanno solitamente foglie più piccole rispetto a quelle di specie che vivono in zone piovose, basti pensare all'Olivo o al Rosmarino, due piante tipiche della Macchia Mediterranea.
Persino nella stessa pianta le foglie più esposte al Sole sono più piccole e disposte in maniera più ravvicinata, rispetto a quelle ombreggiate. Infine le Xerofite tendono ad avere foglie con un maggior rapporto volume/superficie e, talvolta, sono dotate di una leggera peluria che aiuta a trattenere l'umidità atmosferica. 
Minor superficie fogliare equivale a minor evaporazione e, dunque, minor perdita di acqua.

Altre piante Xerofile hanno invece trasformato il proprio fusto ed i propri rami in veri e propri serbatoi, che fungono da riserve idriche. Le piante grasse (o Succulenti), come ad esempio Agave, devono il proprio nome alla presenza di acqua nei tessuti del fusto/rami, la quale conferisce il tipico aspetto carnoso ed "ingrossato".

Il Xerofite hanno, solitamente, una riduzione del numero di stomi ed una cuticola più spessa. Quest'ultima è una sorta di rivestimento idrofobico dell'epidermide ed ha il compito di ridurre l'evaporazione fogliare.
Le foglie di piante con uno spesso strato di cuticola risultano coriacee, robuste e meno flessibili; inoltre, una volta staccate dalla pianta, possono rimanere turgide per più giorni, prima di afflosciarsi.
Basta fare la prova staccando una foglia di Olivo ed una di Ciliegio : dopo un giorno quella di Olivo sembra come le altre foglie attaccate alla pianta, quella di Ciliegio, invece, appassisce già dopo un'ora.

Estivazione su Euphorbia dendroides


Adattamenti Fisiologici :

Alcune piante che vivono in Deserti in prossimità delle coste (ad esempio la Welwitschia mirabilis, nel deserto della Namibia, in Africa) prelevano l'acqua di cui hanno bisogno non dal suolo ma, grazie a particolari foglie, dalla nebbia.

Un altro meccanismo, presente ad esempio nel Fico d'India, è l'adozione del Ciclo CAM durante la Fotosintesi. In questo caso l'apertura degli stomi fogliari, e la conseguente assimilazione di Anidride Carbonica (CO2), avviene solo durante le ore notturne, periodo in cui le minor temperature e la maggior umidità riducono le perdite di acqua per traspirazione.

Un'altra strategia per tollerare la siccità è quella di innalzare la concentrazione dei soluti all'interno della cellula vegetale, modificando di fatto il gradiente osmotico tra interno ed esterno cellula. Dato che l'acqua si sposta secondo gradiente, sarà favorito il suo ingresso in cellula, garantendo così una pressione di turgore sufficiente (l'acqua preme sulle pareti della cellula, come farebbe l'aria in un palloncino), anche in condizioni siccitose.

Altre specie ("effimere"), prevalentemente erbacee, riescono a fuggire alla mancanza di acqua sviluppandosi molto velocemente.
In pratica i semi (resistenti alla siccità) germogliano solo dopo un periodo di piogge e, in poche settimane, sono in grado di svilupparsi, fiorire e produrre nuovamente semi, prima di morire di siccità; il ciclo si ripeterà non appena torneranno le piogge, talvolta anche dopo anni.

Poco più di 300 specie sono anche chiamate Piante Della Resurrezione poiché adattano una strategia molto particolare; tra di esse la più nota è la Falsa Rosa di Gerico (Selaginella lepidophylla), originaria del Deserto di Chihuahua, nel Nord del Messico.
Queste piante, infatti, non cercano di "risparmiare acqua", semplicemente sono in grado di mantenere in vita le proprie cellule anche se fortemente disidratate (umidità inferiore al 7%).
Dopo le piogge, le foglie appassite si reidratano, riprendono turgore e ricominciano a crescere fino alla successiva carenza idrica.

Un altro esempio è l'Estivazione, tipica di alcune specie della Macchia Mediterranea come Euforbia arborea (Euphorbia dendroides).
Qui, contrariamente a quanto siamo abituati a vedere, la perdita delle foglie avviene in estate, proprio in concomitanza della stagione più calda e secca.
In autunno, non appena riprenderanno le piogge, dalle gemme germoglieranno nuove foglie e la pianta si svilupperà nella stagione più fresca ed umida.
Anche altre specie mediterranee, pur non perdendo le foglie in estate, entrano in una sorta di stasi vegetativa da Giugno a Settembre.
Un processo simile avviene anche in zone monsoniche dove diverse specie, ad esempio i Baobab, perdono le foglie nella stagione secca e vegetano solo in quella delle piogge.


Pianta Morta di SiccitàCosa Succede ad una Pianta Disidratata ?:

Le cellule vegetali sono composte per circa il 70% di acqua, alcuni organi addirittura il 90%. L'acqua è il liquido in cui sono disciolti i minerali ed i nutrienti e la linfa, che mette in comunicazione le varie parti di una pianta, è una soluzione acquosa.
Inoltre l'acqua è indispensabile per mantenere un'elevata pressione di turgore, la quale impedisce che la cellula si afflosci.

In carenza di acqua le piante innescano dei meccanismi di sopravvivenza. In condizioni di siccità, le radici di molte specie producono l'Acido Abscissico (ABA) che, trasportato a livello fogliare, induce la chiusura degli Stomi.
Questo evento preserva l'acqua altrimenti persa per traspirazione ma, al contempo, non permette l'assimilazione di CO2, inibendo di fatto la fotosintesi.
La prima conseguenza è il blocco della crescita, ma se lo stress continua la pianta inizierà ad eliminare il superfluo. In primis la pianta inizierà a non nutrire più i suoi frutti, causandone l'abscissione, successivamente indurrà la parziale caduta delle foglie (meno foglie = meno perdita di acqua).
Se lo stress idrico si protrae troppo a lungo le foglie iniziano ad afflosciarsi, per poi seccarsi, lo stesso destino tocca poi ai rami, ai fusti e, con la morte delle radici, la morte dell'intera pianta.
Inoltre, anche in condizioni di stress sub-letali, la pianta sarà più soggetta ad infezioni ed attacchi da parte dei patogeni.

Danni Siccità su Foglia


Come Proteggere le Piante dalla Siccità ?:

Per tutte le specie, ma in modo particolare per le Piante da Frutto (ed Orticole), è essenziale prevenire condizioni di siccità che porterebbero, nei casi migliori, ad una ridotta produzione di frutti.

Oltre alle precipitazioni, l'aridità del suolo dipende dal tipo di terreno; ad esempio è noto che l'argilla trattiene meglio l'acqua rispetto alla sabbia e quindi, a parità di pioggia, la siccità sarà più acuta in un terreno sabbioso.
Per gli Ortaggi è importante acclimatarli; nei primi stadi di sviluppo, infatti, tenderanno ad emettere radici più profonde se verranno innaffiati poco, viceversa concentreranno la propria energia nella crescita della parte aerea, rendendo loro più suscettibili a futuri stress idrici.

Coprire il suolo con materiale come foglie, fieno etc. (tecnica della Pacciamatura) può essere utile a mantenere la condensa notturna (rugiada) ed ad evitare l'evaporazione diurna del terreno.
Anche la potatura a verde, riducendo il volume di foglie, può aiutare a diminuire la perdita di acqua. Non a caso, quando si trapiantano grossi alberi, si riduce anche la chioma, poiché la % di radici sopravvissute non riuscirebbe a bilanciare l'acqua persa per traspirazione.

Ovviamente molte piante, in ambienti torridi e siccitosi, gradirebbero un'esposizione a mezz'ombra, almeno nelle ore centrali della giornata.

Anche a livello di concimazione si può fare qualcosa: si sa che l'Azoto (N) è indispensabile per le piante (è contenuto nelle proteine, nel DNA, nella clorofilla etc) ed è il responsabile della crescita e della produzione di "massa verde", il Potassio (K) è invece responsabile del mantenimento della pressione osmotica, così come della regolazione della traspirazione.
Dato che un eccesso di foglie ed una mal regolazione della traspirazione indurrebbero maggiori danni da stress idrico, potrebbe essere importante usare concimi con un minor rapporto N/K.

Miglioramenti genetici per produrre piante più resistenti alla siccità sono in atto in tutto il mondo. L'obbiettivo è proprio quello di sviluppare ibridi in grado di meglio tollerare le carenze idriche, così da poter aumentare la superficie coltivabile, contrastando l'avanzare dei deserti.
Gli Stomi (vedi sopra) sono composti anche da Cellule Guarda che, muovendosi, regolano l'apertura di queste fessure fogliari.
Questi fori, essenziali per gli scambi gassosi tra ambiente e piante,  lasciano però passare anche l'acqua.
Dato che si conoscono alcuni dei geni coinvolti nella regolazione dell'apertura/chiusura degli stomi, alcuni ricercatori li stanno modificando per trovare un giusto equilibrio tra perdita di acqua per evaporazione ed efficacia della Fotosintesi, spostando l'asticella verso il "risparmio d'acqua".

Erica con foglie secche