L’ACQUA E LE PIANTE

IL TRASPORTO Lucia Flori, Enrico Pappalettere Percorso attuato nelle classi 2C e 2G del Liceo Scientifico Ulisse Dini-Pisa. Nei manuali per il laboratorio di biologia questo tema è sempre presente. Non potrebbe essere altrimenti, visto il rapporto costitutivo tra piante e acqua. Il percorso didattico, rivaluta esperienze di laboratorio magari trascurate a causa di una loro innegabile “banalità”, e attua attività meno conosciute, ma non sempre più complesse e difficile da realizzare. Le osservazioni e gli esperimenti che vengono attuati sono infatti in parte gli stessi descritti da detti manuali, con alcune varianti; in parte compaiono solo in alcuni testi e quindi risultano meno noti ed eseguiti. Il modo di sviluppare l’indagine con gli studenti nei vari anni non è stato rigido, anche se il percorso è pensato e costruito nelle sue linee generali e con i protocolli necessari per svolgere le attività sperimentali, poiché le direzioni e le svolte in genere sono dipese da molti fattori legati alla concretezza dei protagonisti e delle situazioni. Il percorso, così come viene presentato è stato svolto nella sua interezza in almeno due anni. La cosa importante è che l’indagine si sviluppi comunque senza salti logici, procedendo da un tipo di problemi a un altro, come per raggiungere una meta segnata in una mappa, senza l’obbligo di seguire un particolare itinerario, ma certo con quello di costruire un percorso giustificato. UN MODO PER INCOMINCIARE Tutti sanno, anche i bambini, che le piante non sopravvivono senz’acqua, anche se le esigenze possono variare non poco da gruppo a gruppo e da specie a specie (2). E’ a tutti nota la pratica dell’annaffiatura delle piante, anche di un semplice balcone di casa (di un giardino, per i più fortunati); è anche nozione comune che essa deve essere regolare e costante, ma differenziata a seconda delle specie ospiti di un vaso o di un’aiuola e della stagione. Così abbiamo cominciato proponendo l’osservazione di una piantina in vaso ben idratata e di un’altra simile, ma chiaramente appassita. Abbiamo proposto un questionario-guida del tipo di quello esposto più avanti, per mezzo del quale i ragazzi davano risposte scritte da confrontare e discutere in una fase successiva; a volte abbiamo avviato e guidato da subito una discussione, di cui venivano verbalizzati per scritto i passaggi salienti. QUESTIONARIO D’INGRESSO E/O DISCUSSIONE

• Descrivi l’aspetto generale delle due piante.

• Tocca le varie parti delle due piante e descrivi le tue impressioni.

• Che cosa può essere accaduto nella pianta appassita?

• Che cosa può essere accaduto nelle cellule della pianta appassita? (la domanda evidentemente può essere rivolta solo ad allievi che già conoscono la cellula).

• L’appassimento è irreversibile o può essere annullato? In che modo?

Abbiamo in genere ricevuto risposte corrette all’ultima domanda, perché nella vita quotidiana è frequente la pratica di un’annaffiatura di emergenza per recuperare in extremis una pianta appassita. La presentazione di una piantina appassita, ma non troppo!, sollecita i ragazzi a focalizzare l’attenzione sul rapporto causale fra recupero della turgidità e l’acqua. Poi abbiamo proposto le seguenti domande:

• Da quali parti (del suo corpo) l’acqua entra nella pianta?

• Da quali parti l’acqua può abbandonare la pianta?

• Qual è il percorso che l’acqua compie nel corpo della pianta?

• Perché la pianta perde l’acqua che ha assorbito? Non sarebbe più semplice e logico che, una volta assorbita, la trattenesse?

Le risposte sono state discusse con i ragazzi, sforzandosi di farne emergere una serie di nuove domande o problemi che si prestassero ad essere affrontati in laboratorio. Indagini sulla traspirazione a. Semplice esperienza per rilevare l’entità della traspirazione Si tratta di un’osservazione proposta tradizionalmente su molti manuali, adatta per la sua semplicità anche a ragazzi più giovani. Abbiamo messo sul piatto di una bilancia una piantina annaffiata di ciclamino o altra specie disponibile, una di quelle vendute nei formati più piccoli dei vasi di plastica. L’osservazione è stata più rapida quando la piantina possedeva foglie ampie e sottili. Il vasetto era stato avvolto dentro una busta di polietilene, del tipo usato per congelare i cibi, e la sua imboccatura era stretta delicatamente attorno alla base della piantina, in modo da isolare dall’ambiente esterno la maggior parte della terra del vaso. Il vaso è stato equilibrato con i pesi necessari collocati sul secondo piatto di una bilancia da cucina classica a due piatti, meccanica, ( si può porre sul piatto di una bilancia elettronica, registrandone il peso iniziale e leggendo successivamente a intervalli i nuovi valori sul display.) Noi abbiamo preferito la bilancia tecnica a bracci uguali, tradizionale strumento del laboratorio di chimica, oggi purtroppo sempre più soppiantata da bilancine elettroniche “faccio-tutto-io”. Nel giro di una mezz’ora si rende sempre più evidente una diminuzione della massa iniziale, che risulta particolarmente enfatizzata dallo squilibrio crescente dei due piattelli della bilancia a bracci uguali. Una discussione con i ragazzi a proposito delle possibili cause ha fatto emergere abbastanza facilmente che essa è dovuta alla perdita di acqua per traspirazione. Ci sono molte ragioni dietro la corretta indicazione della causa: letture, esperienze domestiche o scolastiche precedenti, il banale sentito dire, ma anche una congettura intelligente! E’ stato segnalato ai ragazzi, quando nessuno di loro lo aveva notato, che comunque, mentre la pianta diminuisce il suo peso, non si manifesta nessuna perdita di acqua liquida. E’ stato loro chiesto di suggerire qualche osservazione o piccolo esperimento integrativo, capace di dare maggiori indicazioni per risolvere il problema. Qualcuno ha ricordato l’osservazione dell’appannamento che si determina in un sacco di cellophane o di polietilene che avvolga la parte aerea di una pianta (osservazione fatta nel laboratorio di

scuola media o durante la vita quotidiana), e così è stato messo in campo il fenomeno del doppio passaggio di stato dell’acqua, prima da liquida a vapore e poi da vapore a liquida. Scheda Materiali Piccola piantina in vaso

Sacchetto di plastica.

Bilancia con piatti e pesi

Procedimento Avvolgere il vaso con il sacchetto e chiudere il sacchetto alla base del fusticino in modo da coprire

la parte superiore del vaso stesso

Pesare la piantina con la bilancia

Attendere circa 20 minuti e ripesare

Osservazioni Osservare se c’è stata variazione della massa del sistema e cercare di motivare l’osservazione fatta b. La guttazione Abbiamo suggerito a questo punto della discussione un’osservazione significativa, cioè la guttazione, che non è altro che la perdita di acqua liquida dalle foglie attraverso particolari aperture (idatodi). Una pianta che si è mostrata particolarmente affidabile nella presentazione di questo fenomeno è l’avena. Quando la pressione dell’acqua che proviene dalle radici non è bilanciata da una perdita d"acqua per traspirazione (come nel caso di ambienti con umidità relativa molto alta) l'acqua in eccesso viene eliminata sono forma di piccole goccioline in corrispondenza della porzione terminale di alcune nervature delle foglie. A questo livello sono presenti delle strutture dette idatodi caratterizzate da un 'apertura .detta stoma acquifero. che è in stretto collegamento con una cavità sottoepidermica.

Scheda per la guttazione Materiali

Semi di avena

2 piccoli vasi da fiori 10-15 cm di diametro

2 sottavasi

Terriccio

Campana di vetro

Metodologia

Mettere al macerare in acqua una manciata di semi d'avena .Dopo 24 ore mettere i semi a dimora in

due vasi. Annaffiare abbondantemente e sistemare il sottovaso sotto i due vasi. Mantenere il

terriccio sempre umido.

Dopo 5-6 giorni le piantine avranno già raggiunto 4-5cm di altezza.

Osservazioni

Se si mantiene il terriccio molto umido o se si mene il vaso con le piantine per circa 20·30 minuti

sotto una campana di vetro o sacchetto di plastica si osserva il fenomeno della

guttazione ..

Nel secondo vaso,se il terriccio è mantenuto meno umido e se non lo si mette sotto la campana. il

fenomeno non si verifica

Oltre a confermare la supposizione che la diminuzione del peso sia dovuta alla perdita di acqua, la guttazione suggerisce chiaramente che essa sfugge attraverso le foglie. Notiamo di passaggio che l’aspetto delle giovani foglie di avena, ciascuna sormontata da una perlina di acqua liquida iridescente, costituisce nella sua semplicità un vero spettacolo!

La traspirazione è stata poi indagata anche attraverso un modello, classicamente conosciuto col nome di “potometro”, del quale esistono diverse varianti.

Indagini sulla traspirazione

a. Semplice esperienza per rilevare l’entità della traspirazione il potometro che abbiamo utilizzato è uno strumento semplice, ma non banale, che consente uno studio sia qualitativo sia quantitativo dell’entità della traspirazione e

permette di osservare come essa sia influenzata da variabili come aerazione, temperatura, umidità e dalla quantità di foglie nello stesso rametto.

Scheda Premessa Con questo apparecchio è possibile misurare in maniera più quantitativa l'entità della traspirazione

effettuata dalle foglie di un giovane fusticino.

Materiali

Due tubicini di vetro lunghi l'uno 37cm e l’altro 7.5cm e con diametro di 2mm.

Un rubo di vetro a T avente lo stesso diametro

I0cm circa di tubo di gomma trasparente che si adatti ai tubicini

Un piccolo imbuto

Pinze, sostegno ad anello con ganasce, doppio decimetro

Fiamma a gas per curvare. il vetro

Recipiente per contenere l’acqua

Un giovane rametto con foglie intatte (va bene il pitosforo) tenuto in un vaso immerso in acqua

fino al montaggio dell'apparecchio

Metodologia

Incurvare ad angolo retto il tubo di vetro più lungo in modo da ottenere un braccio di 7·8cm

Incurvare ad angolo retto il tubo di vetro più corto in modo da ottenere due braccia della stessa

lunghezza

Collegare i pezzi con il tubo a T come illustrato

Inerire l' imbuto all' estremità libera della T mediante tubo di gomma

Prevedere di fissare l'apparecchio ad un apposito sostegno al quale sia stato fissato anche un

righello millimetrato.

Immergere tutto il dispositivo in acqua in modo che non rimangano bolle d'aria; .inserire il fusticino

nel tubo di gomma collegarlo al braccio più corto controllando accuratamente che non si formino

altre bolle d'aria. Chiudere con una pinza il tubo di gomma che unisce la T all'imbuto

Chiudere la pinza e togliere l’apparecchio dall’acqua tenendo chiusa con un dito l’estremità del

tubo libera Immergere quindi l’estremità libera nella vaschetta contenente acqua

E" necessario contemporaneamente far penetrare nel sistema una bolla d’aria Per fissare la bolla in

una posizione precisa davanti al righello si apre la pinza che. chiude. l’imbuto e poi si richiude.

Osservazioni

Dopo pochi minuti la bolla comincerà a muoversi in direzione del fusticino dimostrando che

attraverso le foglie avviene la liberazione di vapor acqueo

Determinazione dell 'entità della traspirazione

Si fissa un determinato intervallo di tempo (5 o 6 minuti) e si rileva di quanti centimetri si è spostata

la bolla. Conoscendo il diametro del tubicino si calcola il volume d’acqua spostato.

L’acqua spostata sarà uguale a quella emessa dalle foglie e sarà quindi possibile calcolare. la

quantità di vapor acqueo emesso nell’unità di tempo.

Se si defoglia il ramo si osserva una nella diminuzione dell’ attività di traspirazione

Se si sottopone il ramo all’aria proveniente da un ventilatore la velocità di traspirazione aumenta

Come tutti i modelli il potometro introduce una semplificazione del sistema e consente di esaminare variabili che lo rendono particolarmente interessante. Intanto la stessa costruzione del potometro ha impegnato utilmente le capacità dei ragazzi.

Poi, nel concreto funzionamento, i ragazzi hanno notato che lo stesso fenomeno, cioè la perdita di acqua verso l’atmosfera, non riguarda più la pianta in toto, ma una sua parte, quella aerea, staccata dal resto del corpo, che nella piantina dell’esperimento precedente era invisibile, quasi una scatola nera. Ora hanno osservato che la superficie tagliata del ramo entrava in contatto diretto con l’acqua nel tubicino. Con un montaggio accurato, hanno sollevato dall’acqua del beker il tratto verticale del tubicino e tenendolo sospeso per circa un minuto, hanno notato che all’estremità del tubicino si formava una bolla d’aria. Hanno atteso che la bolla assumesse una forma cilindrica (più facilmente visibile) e poi hanno rimesso nell’acqua del beker il tubicino. Da questo punto in poi i ragazzi hanno potuto seguire lo spostamento lento e continuo della bolla d’aria lungo il tubicino in direzione del ramo. La causa di questo spostamento e della formazione stessa della bolla sono stati compresi dai ragazzi: è l’acqua del tubicino a muoversi nella stessa direzione non essendo pensabile che sia la bolla d’aria a muoversi nel tratto orizzontale. Poiché non ci sono perdite nel sistema, l’unica spiegazione è ammettere che l’acqua del tubo entri in continuità fisica con quella nel ramo, ma poiché il ramo la cede alle foglie e queste all’aria, ecco che anche l’acqua del tubicino si sposta nella stessa direzione come se il tubo di vetro fosse diventato un vaso della pianta. Intanto sono possibili delle misure: del percorso lineare della bolla e indirettamente di volume conoscendo la sezione del tubicino. Il volume traspirato può essere rapportato al tempo impiegato nelle condizioni ambientali date, di temperatura e di umidità relativa. Queste condizioni sono state modificate, avvicinando all’apparecchio una fonte di calore, ingegnandosi per variare l’umidità ambientale, modificando la mobilità dell’aria intorno al

ramo grazie a un ventilatore. Anche il ramo della pianta è stato sostituito con quello di un’altra specie per fare confronti nelle stesse condizioni, e si è intervenuti sullo stesso ramo defogliandolo in tutto o in parte. Il funzionamento del potometro ha suggerito qualche interrogativo già emerso in occasione delle osservazioni precedenti e ne ha suscitato qualcuno nuovo: sono le foglie, ed eventualmente i rami, le uniche vie di fuga dell’acqua, ma questa volta in fase di vapore? Da quali strutture si allontana l’acqua? Quale fenomeno si determina all’interfaccia fra il ramo tagliato e l’acqua del tubicino di vetro? La traspirazione continua tranquillamente come se il tubicino di vetro fosse un vaso della pianta: perché non c’è alcuna necessità della presenza di strutture viventi per la perpetuazione del fenomeno del trasporto dell’acqua? b. Il potometro- modello fisico per dimostrare l’ascesa nel fusto, per illustrare con maggiore concretezza il meccanismo della coesione-traspirazione A questo punto il fenomeno della traspirazione è stato ulteriormente approfondito , ricorrendo a un modello interamente “fisico”, a differenza del precedente che si avvale comunque di qualcosa di vivo. Esso è descritto nella scheda che segue Scheda Il potometro (modello fisico)

Premessa I principi fisici coinvolti nel processo dell'ascesa dell'acqua nelle piante rampicanti e

negli alberi ad alto fusto può essere dimostrato con l'osservazione del funzionamento

del potometro (modello fisico).

L'esperienza richiede l'osservazione ad intervalli di tempo non troppo ravvicinati ad

esempio due giorni consecutivi.

Nel caso in cui si possiedano due apparecchiature è conveniente attivarne una il giorno

precedente in modo da poter rilevare contemporaneamente i diversi livelli.

Materiali

Un tubo di vetro lungo 80-90cm e di diametro5mm

Un contenitore di vetro con capacità di almeno 200cc

Una bacinella di vetro o plastica

Un provettone o contenitore in porcellana porosa di diametro 6-7cm

Un tappo di gomma forato che si adatti al tubo di vetro e al contenitore in porcellana

60-70cc di mercurio

Acqua distillata

Sostegno per tubo di vetro

Procedimento

Bollire il contenitore di porcellana e

l'acqua distillata in modo da eliminare le

bolle d'aria

Riempire la porcellana con l'acqua

bollita, farla raffreddare. Inserire il tubo

di vetro nel tappo,chiudere la porcellana

e riempire con acqua distillata bollita

anche il tubo di vetro.

Capovolgere il dispositivo immergendo il

tubo di vetro nel recipiente contenente

mercurio e trattenendo l'acqua del tubo

tenendolo premuto con un dito. Fissare lo

strumento verticalmente assicurandolo ad

un apposito sostegno.

Nota bene Onde evitare fuoriuscite accidentali di mercurio è opportuno appoggiare il

contenitore all' interno di una bacinella più grande. Inoltre per la sicurezza è bene ricoprire il

mercurio con uno strato di acqua dell’altezza di un paio di centimetri

Osservazioni Dopo 20 minuti circa è possibile osservare che una certa quantità di mercurio è risalita lungo il tubicino di vetro. Il fenomeno può essere accelerato dirigendo l'aria di un ventilatore sopra il recipiente di porcellana. Se si dispone di un secondo strumento allestito il giorno precedente o se si effettua l'osservazione il giorno dopo è possibile rilevare che il mercurio è risalito nel tubicino fino ad un 'altezza di 60-70 cm o più. E' interessante considerare che se al posto del mercurio si fosse usata acqua la colonna avrebbe raggiunto un 'altezza di oltre 10 metri Altezza colonna di mercurio

Si tratta di un esperimento che abbiamo trovato solo su due testi, uno di botanica universitario e uno di esperimenti di biologia per le scuole, di autori inglesi, Miller e Blaydes, Metodi e materiali per l’insegnamento delle scienze biologiche, Feltrinelli, 1970. La risalita di mercurio è di tutta evidenza, anche di altezze vicine al valore barometrico standard. Si assiste così al fatto che un vasetto cilindrico di terracotta porosa, pieno di acqua (circa 125 cm3), riesce a tirare su l’equivalente di una decina di metri di colonna d’acqua. Il problema che si pone è quello classico del meccanismo che rende possibile la risalita dell’acqua nei vasi delle piante d’alto fusto, anche quando l’altezza è di varie volte maggiore di quella barometrIca. Alcuni aspetti di questo apparato sperimentale sono di un certo interesse: la perdita di acqua dal sistema può avvenire solo attraverso il vasetto di terracotta, quindi attraverso i suoi pori, suggerendo l’idea che anche nelle foglie vive possano esserci aperture in grado i dare lo stesso risultato. L’acqua e il mercurio formano poi un tutt’uno, a meno della presenza di anche una sola bollicina di gas, come già evidenziato dal potometro biologico. Infine questo esperimento avvicina la possibilità di illustrare con maggiore concretezza il meccanismo della coesione-traspirazione, quindi della grande forza traente sviluppata durante l’evaporazione dal vaso poroso e incisivamente mostrata dalla risalita del pesante mercurio. Le capacità coesive delle molecole d’acqua sono state evidenziate molto bene con il seguente esperimento:

Alcuni allievi sono stati invitati a tentare di separare le due piccole lastre di cristallo. Grande è stata la sorpresa nel momento in cui hanno sperimentato l’incapacità di allontanare con la forza muscolare le due superfici in direzione ortogonale, senza quindi farle scivolare l’una sull’altra. La situazione ricorda per analogia quella delle sfere di Magdeburgo, ma la causa è completamente diversa: in quel caso la pressione atmosferica, nel nostro le eccezionali proprietà coesive fra le molecole d’acqua e fra queste e il vetro. Si è collegato queste proprietà alla polarizzazione elettrica delle molecole e in particolare ai legami idrogeno, ripetendo la classica osservazione

comparativa fra un filo d’acqua e uno di un liquido apolare nel reagire all’avvicinamento di una bacchetta elettrizzata.

Tornando al potometro, le considerazioni sulle proprietà di coesione e adesione dell’acqua hanno giustificato l’osservazione dello spostamento della bolla d’aria all’interno di una colonna di acqua che si muove unitariamente, sia che si trovi nel ramo sia che si trovi nel tubicino di vetro, a patto che nemmeno una bolla di gas si frapponga fra il ramo tagliato e l’acqua nel tubo. Altrettanto senso è riuscito a dare alla straordinaria forza coesiva che tiene insieme acqua e mercurio nel potometro fisico, determinando la conditio sine qua non dell’effetto di sollevamento alimentato dalla traspirazione..

La foglia a. l’aria necessaria alle attività di una pianta passa attraverso le sue foglie

A questo punto la lente d’ingrandimento dell’indagine si è spostata sulle foglie. Una buona osservazione che ha seguito la discussione di quelle precedenti è stata quella descritta nella scheda seguente:

Scheda Materiale

Beuta di vetro della capacità di 300cc

Tappo di gomma con due fori per la beuta

Un tubicino di gomma trasparente. di almeno 30cm e di diametro 0.3-0,5cm

Una candela o mastice

Una foglia con gambo lungo (diametro del tubicino e picciolo della foglia devono

essere compatibili con i fori del tappo)

Pompa per bicicletta (non è necessaria)

Procedimento

Riempire la beuta con acqua per circa 3/4.

inserire la foglia e il tubicino nel tappo e

chiudere il contenitore facendo in modo che il

picciolo della foglia peschi nell’ acqua e

l’estremità del tubicino sia in contatto

con lo spazio d"aria. Usare la cera fusa o il

mastice per sigillare i due fori.

Se si dispone di una pompa per bicicletta,dopo

aver invertito il sistema di

compressione/aspjrazione " collegarla al

tubicino di gomma con una valvola"

Aspirare aria dal tubicino con la bocca o con la

pompa.

Osservazioni

Quando si aspira aria dal tubicino si osserva la

fuori uscita di bollicine d’aria dall'estremità del

picciolo immersa nell’acqua

L’ esperienza è stata semplice da eseguire ed efficace nel suscitare interrogativi: le bollicine di gas escono esclusivamente dal picciolo tagliato e l’aria può essere entrata solo attraverso la superficie della foglia e del picciolo. La conseguenza è che debbano esistere delle invisibili porosità. Infatti, a occhio nudo la superficie di una foglia sana e integra e del suo picciolo appare continua.

Altre domande emerse dalla discussione sono state quelle relative alla disposizione spaziale di questi pori, la loro forma e struttura, le dimensioni; le vie che può aver percorso l’aria dai pori ipotetici all’estremità tagliata del picciolo. In particolare gli studenti erano interessati alla possibilità di vedere queste invisibili porosità La risposta è venuta dalla microscopia, hanno provato ad osservare superfici fogliari allo con lo stereoscopio, i risultati di questo primo approccio li hanno convinti che era necessario ricorrere a mezzi diversi e più potenti e che i pori dovevano essere non solo molto piccoli, ma anche molto numerosi, per poter giustificare la fuoriuscita di così abbondanti bollicine di gas osservate nella esperienza. Un interrogativo strettamente collegato al fenomeno osservato, emerso dalla discussione, riguardava la strada percorsa dal gas all’interno della foglia fino al picciolo (ci sono spazi e lacune in qualche modo collegate, oppure canali…?). Dalla discussione, “fra pari” e guidata, sono affiorate ipotesi di lavoro sperimentale a volte anche imprevedibili. La nostra opinione è che la funzione maieutica di queste discussioni non dovrebbe essere ostacolata (anche se ci sono innegabili limiti di tempo), perché soprattutto in questi momenti acquista concretezza un approccio scientifico ai fenomeni naturali. Si è quindi discusso con i ragazzi dei loro suggerimenti e delle tecniche da adottare per rendere visibili i pori; si sono individuati gli obiettivi da darsi , in particolare scoprire se gli stomi in vari tipi di foglie hanno forma diversa, se esistono sia sulla superficie superiore che inferiore delle foglie, se è possibile trovare le dimensioni dell’apertura stomatica e la superficie di scambio per cm2 di foglia, se piante xerofite hanno particolari strutture per trattenere umidità e rallentare la traspirazione. . Si è deciso di utilizzare una tecnica del calco con smalto descritta nella scheda seguente:

Osservazione degli stomi mediante la tecnica del calco con smalto

Premessa L’osservazione degli stomi richiede l’operazione di spellatura dell’epidermide fogliare, cosa non

sempre semplice da realizzare soprattutto per alcuni tipi di foglie.

La tecnica del calco con lo smalto è semplice, veloce e permette quindi in breve tempo di effettuare

osservazioni su diversi campioni fogliari e nello stesso tempo fornisce immagini tridimensionali

degli stomi.

Obbiettivi

• Osservare le diverse forme che assumono gli stomi in vari tipi di foglie

• Osservare il diverso numero di stomi presenti sulla superficie superiore ed inferiore della

foglia

• Determinare le dimensioni dell’apertura stomatica e la superficie di scambio per cm2 di

foglia

• Osservare che le foglie di piante xerofite presentano diversi tipi di peli e strutture a

protezione delle aperture stomatiche per trattenere l’umidità e rallentare la traspirazione

Materiali Smalto trasparente possibilmente incolore

Foglie appena raccolte o prelevate da rami tenuti in vaso con acqua.

Pinzette

Vetrini e coprioggetto, pipetta

Acqua

Procedimento Pennellare con lo smalto porzioni di epidermide inferiore e superiore dei vari tipi di foglia.

Attendere che lo smalto si asciughi perfettamente (dopo circa 5 minuti) ed evitare di toccare la

superficie fogliare .

Con la pinzetta o semplicemente con l’unghia staccare la pellicola di smalto asciutto e depositarla

su un vetrino, aggiungere una goccia d’acqua e chiudere con il coprioggetto facendo in modo che

non si formino bolle d’aria.

Osservare al microscopio ai diversi ingrandimenti.

Basandosi sulle dimensioni del campo di osservazione, calcolare il numero di stomi nel campo

visivo sia sulla pagina inferiore che superiore. Ripetere almeno due volte l’osservazione cercando

un nuovo campo microscopico in modo da calcolare la media aritmetica del numero di stomi per

campo (n). Stimare quindi il numero di stomi per cm2 di foglia, sia sulla pagina inferiore che

superiore.

1cm 2 = X (numero medio di stomi per cm

2 di superficie fogliare)

area campo visivo n ( numero medio di stomi visibili nel campo visivo)

Confrontare il numero medio di stomi della pagina inferiore e superiore.

Calcolare le dimensioni approssimative dell’apertura stomatica e stimare la superficie di scambio

per cm2 di lembo fogliare.

Osservazioni Le foglie dell’oleandro presentano cripte stomatiche con peli

Le foglie dell’ulivo hanno peli scudiformi stellati a protezione degli stomi

Le foglie dell’alloro hanno stomi che risaltano tra cellule epidermiche dai contorni irregolari conformate come i pezzi di un puzzle.

Le foglie dell’iris hanno una particolare distribuzione e forma degli stomi che con le cellule dell’epidermide formano strutture simili a fiocchi.

Questo particolare segmento del percorso ha dato molte soddisfazioni; la tecnica del calco non va considerata un escamotage, imposto dalla difficoltà di effettuare spellature di lamine fogliari, rozzo e più vicino a un gioco che a una vera tecnica di laboratorio. La pratica ha mostrato che i calchi offrono immagini sufficientemente nitide per farsi un’idea abbastanza precisa delle differenti forme e distribuzioni degli stomi nei diversi tipi di foglie e di piante. L’immagine tangenziale è soddisfacente ed efficace nel dare una risposta alle domande da cui si era partiti. Certamente è stata preclusa la visione di ciò che sta sotto la struttura stomatica. Ma per questo si sono qualche volta tentate le classiche sezioni trasversali di lamina fogliare o si sono utilizzati gli schemi e le foto realizzate nei laboratori

ricerca. Da mettere in evidenza che la tecnica ha permesso anche l’osservazione di altre strutture e altre forme presenti sulla superficie della foglia, soprattutto varie tipologie di peli, anch’essi legati ai fenomeni di scambio che avvengono attraverso le foglie. Approfondimenti Come si legge nella scheda, il tema degli stomi propone una serie di problemi quantitativi collegati agli aspetti morfologici, perché tutti sono connessi alla funzione generale degli stomi: il numero medio di stomi per unità di superficie, il rapporto tra la stessa grandezza nella pagina superiore e inferiore della foglia, una stima della superficie di scambio offerta mediamente da uno stoma. Si tratta di problemi concettualmente semplici, ma operativamente difficili da risolvere anche in modo approssimato (l’unico possibile, ovviamente). Questi compiti sono stati affidati agli allievi più dotati di concentrazione, capacità descrittive e analitiche, e abilità geometriche e matematiche.

Le numerose osservazioni di calchi e spellature, hanno reso possibile l’osservazione di in stomi aperti e chiusi. Le domande che si sono affacciate riguardano il come e il perché (due forme tipiche delle domande che si pone un biologo o un osservatore non banale). Per quanto riguarda il come, abbiamo trovato utile la costruzione di un modello meccanico a grande scala di uno stoma: Il modello degli stomi Materiali

Due palloncini lunghi Due pompette per gonfiare i palloncini ( in genere in dotazione nella confezione) Una confezione di cerotto in carta da 25 mm Una confezione di cerotto in carta da 12,5 mm

Procedimento Inserire le pompette nei palloncini, legare le estremità opposte con un nodo, gonfiare per meta circa i palloncini cercando di far partire la bolla il più vicino possibile al nodo fatto, incrociare le estremità dei palloncini per evitare che si sgonfino

Gonfiare i palloncini il più possibile e incrociare le estremità senza togliere le pompette e rilevare la distanza tra i due palloncini

Sgonfiare lentamente e rilevare la distanza tra i due palloncini

Nota: l’effetto è più evidente se si fissano tra loro le estremità dei palloncini con un quadratino di nastro bioadesivo. Osservazioni Come varia la distanza fra i due palloncini al variare della quantità di aria presente al loro interno? Quale evento influenza in natura l’apertura e la chiusura degli stomi? Approfondimenti Studio della micellazione radiale delle cellule di guardia Studio della regolazione dell’apertura stomatica Applicare una striscia di cerotto da 25 mm sul lato mediale dei due palloncini per tutta la lunghezza, applicare le strisce di cerotto da 12,5 mm in modo radiale a partire dalla striscia mediana ( basta applicarne 4 o 5 per ogni palloncino)

Striscia più larga

Per una rappresentazione più realistica i palloncini sono stati alloggiati in una scatola di polistirolo opportunamente decorata, in modo da suggerire l’immagine di una sezione solida di foglia. Il coperchio è stato ritagliato, per alloggiare i due palloncini allungati (le cellule di guardia) e opportunamente rivestiti da un nastro adesivo che simula i naturali ispessimenti cellulosici (micellazione) presenti sulle membrane delle cellule di guardia. Sono proprio questi ispessimenti a determinare il giusto movimento di apertura e chiusura della rima stomatica in conseguenza del rigonfiamento e del rilascio dei palloncini.

Quando le cellule di guardia sono turgide gli stomi si aprono e si chiudono quando queste perdono turgore.

Per quanto concerne il “perché”, le risposte sono state trovate riflettendo sul significato fisiologico e adattativo dei movimenti stomatici. :

Dai quaderni degli alunni