COSA SONO GLI STOMI
Le piante dovrebbero cercare di ottenere più anidride carbonica possibile attraverso il processo di fotosintesi e trattenere quanta più acqua possibile. Per assorbire l’anidride carbonica dall’atmosfera, hanno bisogno di organi noti come stomi. Si tratta di cellule specializzate che si trovano nell’epidermide delle piante e che hanno questa funzione.
Molti di noi amano le piante ma scommetto che la maggior parte non conosce gli stomi. Non è un termine così comune e si possono amare le piante, e rispettarle, e coltivarle con successo, anche continuando a non saperlo. Perché, però, non imparare una cosa in più su queste creature con cui condividiamo il pianeta. Oltre a scoprire cosa sono gli stomi possiamo anche indagare alcuni meccanismi come la traspirazione e la respirazione delle piante.
COSA SONO GLI STOMI
Gli stomi sono pori collocati sulla superficie delle foglie che permettono gli scambi gassosi con l’atmosfera. Quando una pianta nel suo complesso viene esposta alla luce, gli stomi si aprono completamente per massimizzare l’assorbimento della CO2 per la fotosintesi. Al buio, invece, tutti gli stomi restano chiusi per evitare un’eccessiva perdita di acqua. Gli stomi sono strutture formate da due cellule, annesse all’epidermide, presenti negli organi aerei (foglie, fiori, fusti) delle embriofite. Sono per lo più disposti sulle parti erbacee delle piante, in modo particolare sulla pagina inferiore delle foglie e sono presenti, con localizzazione e frequenza diversa, in tutte le piante terrestri.
Consentono lo scambio gassoso fra interno ed esterno del vegetale, in particolare favoriscono l’entrata di anidride carbonica, che verrà utilizzata per la fotosintesi, e la fuoriuscita di ossigeno e vapore d’acqua. Il meccanismo di apertura e chiusura è regolato dalla diversa quantità di acqua presente nelle cellule degli stomi. Come tutti i viventi, le piante respirano continuamente l’aria, che entra attraverso gli stomi delle foglie.
Con la respirazione la pianta assorbe l’ossigeno ed elimina l’anidride carbonica, al contrario di ciò che avviene durante la fotosintesi.
Il termine stomi si utilizza quasi solamente in botanica e serve per indicare delle aperture di piccole dimensioni che possiamo notare negli organi verdi delle piante. Concentriamoci ad esempio sulle foglie e osserviamone la pagina inferiore. Se non si tratta di foglie acquatiche, allora noteremo proprio gli stomi, delle fessure che si aprono e si chiudono. Non lo fanno in autonomia o a caso ma secondo un meccanismo che viene regolato da due tipologie di cellule, quelle di guardia e quelle di chiusura. Queste cellule sono esplicitamente incaricate dell’apertura e della chiusura degli stomi. Ciò che fa innescate l’una o l’altra azione è un mix di fattori tra cui troviamo il clima e le condizioni ambientali ma anche le esigenze “interne” delle piante stesse.
Queste “magiche” aperture sono molto importanti, anche se poco visibili e ancora meno note, perché devono garantire alla pianta che avvengano scambi gassosi con l’ambiente esterno. In pratica, permettono alla pianta di respirare. Per traspirazione si intende la perdita di acqua sotto forma di vapore da parte di un tessuto biologico a contatto con l’ambiente esterno. Negli animali avviene a livello della cute e dei polmoni, mentre nelle piante si ha prevalentemente a livello delle foglie ed è regolata (laddove sono presenti) dagli stomi. a traspirazione della pianta.
DOVE SI TROVANO GLI STOMI
Sempre sull’epidermide troviamo gli stomi, che possono essere presenti solo sulla pagina inferiore oppure su entrambe le pagine fogliari. Nelle Dicotiledoni, di solito, sono presenti solo nella pagina inferiore, perché tale area non essendo esposta a luce diretta consente agli stomi di aprirsi più spesso. Gli stomi sono costituiti da delle cellule di guardia che delimitano l’apertura, detta rima stomatica. Le cellule di guardia possono aprirsi e chiudersi a seguito di variazioni nella loro pressione di turgore.
Un aumento di potenziale idrico nelle cellule di guardia porta ad un aumento del turgore delle cellule e ad un’apertura dello stoma. Una diminuzione del potenziale idrico delle cellule porta invece ad una chiusura dello stoma. Lo scambio di acqua avviene con le cellule circostanti (compagne) ed è correlato alle variazioni del potenziale osmotico (concentrazione di soluti nel succo cellulare). I fattori che influenzano l’apertura stomatica sono la luce, l’acqua, la CO2 e l’acido abscissico.
COME SONO FORMATI GLI STOMI
Ogni stoma è formato da due cellule, dette cellule di guardia, le cui variazioni di turgore determinano l’apertura e la chiusura dello stoma. Le cellule di guardia non sono completamente aderenti le une alle altre: sono collegate alle estremità e libere nel mezzo delimitando in questo modo una apertura detta rima stomatica. Sebbene la forma più nota sia quella reniforme sono state descritte diverse tipologie di cellule di guardia in base alla loro anatomia e al meccanismo di apertura e chiusura. Le celle di guardia sono a forma di fagiolo e con la parete cellulare di spessore irregolare. Le pareti interne (rivolte verso la rima stomatica) sono rinforzate e spesse, mentre il lato dorsale è sottile e flessibile. Quando il turgore diminuisce, le cellule si raddrizzano e la rima si chiude.
L’apertura dello stoma è favorita anche da un diverso spessore della parete cellulare delle cellule di guardia: la parte rivolta verso la rima stomatica è ispessita (può depositarsi uno strato di parete secondaria) ed oppone resistenza al rigonfiamento delle cellule aiutando l’apertura della rima stomatica.
Sotto lo stoma, di solito nel parenchima sottostante, si trova uno spazio vuoto chiamato camera sottostomatica.
IL FUNZIONAMENTO DELLE CELLULE DI GUARDIA
Il meccanismo funziona così: le due cellule di guardia sono unite all’estremità a formare lo stoma. Quando la pianta giunge in stress idrico risponde facendo perdere turgore alle cellule di guardia che vanno a chiudere la rima stomatica. Ciò avviene grazie alla presenza dell’acido abscissico che lascia uscire lo ione potassio dalle cellule con conseguente perdita di acqua.
Il turgore di queste particolari cellule è dovuto quindi dalla capacità di regolare l’entrata ed uscita di soluti come appunto lo ione potassio creando così un gradiente di concentrazione che richiama molecole di acqua. Quando esse accumulano ioni potassio, rendono l’ambiente interno della cellula ipertonico rispetto all’esterno e provocano il passaggio dell’acqua nella cellula secondo un meccanismo di osmosi.
I vacuoli della cellula si riempiono e la rendono turgida: di conseguenza, l’apertura dello stoma aumenta La chiusura degli stomi provoca una forte trattenuta idrica ma sacrifica la respirazione cellulare. Se aumenta la quantità di acqua nella pianta, le cellule si aprono permettendo la traspirazione. La singola cellula di guardia possiede una struttura molto particolare, ma semplice: la parete cellulare non è uniformemente ispessita, bensì è più sottile esternamente e più spessa in prossimità della rima, inoltre posseggono delle microfibrille di cellulosa che, con il loro particolare orientamento, fanno sì che la variazione di turgore delle cellule si rifletta in una variazione di forma anziché di volume.
COME FUNZIONANO DI DIVERSI TIPI DI STOMI
La parola stoma deriva dal greco e significa bocca. La pianta necessita di aria per sopravvivere, la pianta infatti deve effettuare due processi fondamentali che sono la respirazione e la fotosintesi clorofilliana. L’epidermide della pianta deve permettere il paesaggio dell’aria dall’esterno agli spazi intracellulari. Queste strutture, le aperture che permettono il passaggio dell’aria dall’esterno. sono gli stomi. Gli stomi hanno un sistema di apertura e chiusura in base all’esigenza della pianta.
Lo stoma con apertura e chiusura della rima stomatica è definito stoma aerifero.
Due cellule stomatiche definite cellule di guardia sono tra molte cellule epidermiche. Le cellule stomatiche si differenziano per la presenza di cloroplasti e numerosi granuli di amido. Le cellule di guardia sono le cellule che delimitano quella che viene definita apertura o rima stomatica. La rima stomatica si apre, la parete cellulare è in gradi di seguire la forma del vacuolo. Infatti, quando la cellula si trova in presenza di luce – o quando la concentrazione di CO2 interna alla foglia si riduce – le cellule di guardia si rigonfiano verso le cellule annesse facendo entrare acqua e aprendo la rima. Il vacuolo si ingrossa e la rima si apre.
Lo stoma chiuso nelle ore notturne, quando la fotosintesi non si compie, oppure
quando la temperatura esterna è alta con scarsa umidità (pericolo di disidratazione). Le
cellule di guardia diminuiscono di volume, fanno uscire l’acqua e quindi il vacuolo diminuisce di volume. La rima si rilascia e le due pareti delle cellule di guardia, nel punto in corrispondenza della rima, tornano ad aderire una all’altra.
LA CHIUSURA DEGLI STOMI
La chiusura dello stoma è frequente in condizioni di:
- Temperatura elevata per gli standard della pianta, onde evitare dispersioni di acqua; nel contempo, però, questo fenomeno impedisce il passaggio di ossigeno e anidride carbonica, ostacolando la fotosintesi clorofilliana. Per questo motivo molte piante non sono in grado di sopravvivere in climi molto secchi o caldi.
- Deficit idrico prolungato che provoca stress.
- Fotoperiodo elevato.
- Concentrazione anidride carbonica elevata attorno al margine fogliare.
- Umidità relativa dell’aria elevata e assenza di vento.
- Età della foglia.
Nelle piante che vivono nelle zone caldo-u.mide dei paesi tropicali sono presenti degli stomi acquiferi localizzati sul margine delle foglie, dove terminano le nervature principali con la funzione principale di espellere l’acqua in eccesso. Inoltre, con stomi bene aperti, le foglie possono assorbire concimi fogliari e fitosanitari.
