E’ in dubbio che l’acqua sia indispensabile per la vita della pianta. Per quali motivi?
1) L’acqua è il componente principale delle cellule.
2) L’acqua è il solvente nel quale gli elementi minerali entrano nella pianta attraverso le radici, e vengono trasportati da cellula a cellula, da tessuto a tessuto e da organo a organo. Sempre allo stato di soluzione acquosa vengono distribuiti i prodotti del metabolismo a tutte le parti della pianta bisognose di nutrimento.
3) L’acqua è il mezzo in cui si svolgono le reazioni biochimiche del metabolismo. Inoltre l’acqua entra spesso direttamente come reagente. Nella fotosintesi ad es. l’atomo di idrogeno della molecola d’acqua è incorporato nei composti organici.
4) L’acqua impartisce turgore alle cellule che crescono e quindi fa assumere loro una determinata forma e struttura. Nelle piante erbacee il turgore fornisce supporto meccanico e rigidità.
5) Aumenti e perdite di acqua da cellule e tessuti sono responsabili di molti movimenti della pianta
6) La fase della distensione della crescita cellulare dipende dall’assorbimento di acqua.
7) L’acqua è un prodotto terminale del metabolismo della respirazione.
Che cosa è il “bilancio idrico”?
Nessuna pianta è capace di svolgere la propria attività vitale se le sue cellule viventi non sono più o meno sature di acqua. Tuttavia occorre che i tessuti verdi siano a contatto con l’aria, fonte dell’anidride carbonica nel modo più intimo e attraverso la maggior superficie possibile. Ciò però determina una forte perdita di acqua per evaporazione. Analogamente occorre, sempre per la funzione fotosintetica che i tessuti verdi siano direttamente investiti dai raggi luminosi, solari in outdoor o delle lampade in indoor. Ma contemporaneamente ciò provoca un aumento della temperatura fogliare e di conseguenza una più intensa evaporazione. Si capisce quindi come la pianta non possa conciliare tali esigenze opposte se non assumendo una quantità di acqua almeno uguale a quella perduta prelevandola dal terreno attraverso le radici. Di qui lo stabilirsi di un bilancio idrico, espressione con la quale si vuole indicare che il ricambio dell’acqua viene regolato nella pianta in modo che le entrate siano adeguate alle perdite e che le cellule siano così sempre sature d’acqua.
Attraverso quali funzioni e quali apparati viene regolato il bilancio idrico?
Attraverso tre funzioni: L’assunzione dell’acqua dall’ambiente, la dispersione di acqua dall’ambiente, la conduzione dell’acqua dagli organi che l’assorbono a quelli che la disperdono. Dal punto di vista morfologico tali funzioni richiedono la presenza di tre apparati: un apparato assorbente, un apparato disperdente e un apparato conduttore. Tale è il significato della conformazione della pianta e dei suoi tre organi principali: radici, foglie e fusto. Le diverse esigenze imposte al mantenimento del bilancio dalle diverse condizioni ambientali spiegano le differenze morfologiche tra piante adattate ai diversi ambienti. Nel caso della cannabis si ha un forte sviluppo radicale ed un efficiente sistema di trasporto per supportare un ampia superficie fogliare. Nelle varietà da resina, evolutesi in ambienti tropicali caldi e stagionalmente secchi vengono accentuati i dispositivi atti a rallentare l’evaporazione: epidermide fogliare spessa e rugosa, presenza di cere, rivestimenti tricomatosi (peli). Gli stessi tricomi resiniferi sembrano giocare un ruolo anche per questa funzione, aumentando con la secrezione di resina l’impermeabilizzazione delle aree più sensibili.
Quanta acqua viene utilizzata per mantenere il bilancio idrico?
Una pianta di cannabis durante la sua vita traspira diverse centinaia di litri di acqua. La quantità di acqua che entra ed esce nella nostra pianta nello spazio di un’ora supera la quantità di acqua che è contenuta nella stessa pianta. Della grande quantità d’acqua che la pianta introduce soltanto una piccolissima frazione viene usata come nutrimento. E’ stato stimato che soltanto il 2 per mille dell’acqua introdotta viene impiegata quale alimento e tutto il resto serve solo a compensare le perdite dovute alla dispersione e mantenere convenientemente idratato e funzionante il plasma cellulare.
L’assunzione di acqua costa alla pianta uno sforzo energetico notevole per vincere il contrasto col terreno e per sollevare l’acqua dall’apparato radicale alle foglie. Qual’è l’utilità di una così dispendiosa dispersione? Si tratta di una disgrazia inevitabile, di un inconveniente che la pianta sopporta perché incapace di ovviare?
In buona parte è così, la traspirazione è un male necessario derivante dal fatto che la concentrazione di anidride carbonica nell’aria è molto bassa, lo 0,03% circa e quindi la superficie a contatto con l’aria deve essere molto ampia. Tale superficie deve essere anche bagnata perché anche l’anidride carbonica entra nella cellula allo stato di soluzione in acqua.
Tuttavia la pianta trae giovamento dalla traspirazione per almeno due motivi:
1) il flusso continuo di acqua attraverso la pianta agevola l’assorbimento dei sali a livello dei peli radicali e in genere il movimento dei soluti attraverso la pianta.
2) essendo l’evaporazione dell’acqua a livello delle superfici traspiranti un processo che sottrae calore all’ambiente (circa 850 calorie per litro di acqua evaporata), controlla la temperatura delle foglie mantenendola tanto più bassa quanto più intensa è l’evaporazione cioè quando nell’ambiente la temperatura è alta e l’umidità relativa bassa.
Da cosa dipende l’evaporazione?
Dipende essenzialmente dal grado di saturazione di vapore acqueo nell’aria, cioè dalla sua umidità relativa (UR). Questa a sua volta dipende. a pressione costante, dalla temperatura.
Cos’è l’umidità relativa?
L’aria è un miscuglio di gas composto per il 78,10 % in volume di azoto, per il 20,93 % di ossigeno, per lo 0,93 % di argon, per lo 0,03% di anidride carbonica e per lo 0,01% di idrogeno.
Questa composizione è però riferita all’aria secca. Esiste un altro componente molto importante: il vapore acqueo. L’aria secca in unione col vapor d’acqua viene comunemente definita come aria umida. L’aria atmosferica è sempre aria umida.
L’aria può contenere una certa quantità di acqua allo stato gassoso, quantità che varia, a parità di pressione, con la temperatura. Ad ogni data temperatura corrisponde una quantità massima di vapore acqueo. Quando tale valore viene raggiunto, l’aria si dice satura e non può accettare ulteriore vapore acqueo. In tal caso la sua umidità relativa è del 100 %.
Più l’aria è calda più vapore acqueo può essere contenuto nello stesso volume di aria. Riscaldando una massa di aria umida si abbassa la sua umidità relativa, non perché la quantità assoluta di vapore acqueo diminuisce ma perché aumenta la capacità dell’aria più calda di “accogliere” nuova acqua e quindi ci si allontana dalla saturazione.
Quindi l’umidità relativa si può definire come il rapporto tra la massa del vapore acqueo presente in un determinato volume di aria e la massa dello stesso il condizioni di saturazione.
Ad esempio un metro cubo di aria a pressione atmosferica alla temperatura di 50°C può contenere al massimo 83 grammi di acqua allo stato di vapore. Quando contiene tale quantità diciamo che l’aria è satura e che la sua umidità relativa è del 100 %.
Alla temperatura di 30°C la stessa quantità di aria può contenere al massimo 70 grammi di acqua. Raffreddando il nostro volume d’aria da 50 °C a 30°C, una parte del vapore condensa cioè si trasforma in acqua liquida e abbandona l’aria (è il caso ad es della pioggia). La quantità di vapore acqueo è diminuita ma l’umidità relativa dell’aria rimane costante al 100%.
Perché l’evaporazione raffredda?
Allo stato solido, nel ghiaccio, le molecole d’acqua sono fortemente legate fra loro, sono molto vicine e formano delle strutture stabili, i cristalli. Allo stato gassoso, nel vapore acqueo, le molecole sono completamente disordinate, lontane fra loro e in continuo movimento e collisione, come in un gigantesco autoscontro.
Lo stato liquido è una situazione intermedia fra i due, le molecole sono abbastanza legate ma non in maniera stabile e strutturata, c’è un grado di disordine e di mobilità che fa si che le molecole si scontrino tra loro. In ogni insieme di molecole, una data molecola non possiede costantemente la stessa energia a causa degli urti continui fra una molecola e un’altra. Anche supponendo che all’inizio un dato insieme abbia tutte le molecole alla stessa energia, questa situazione non potrebbe durare a lungo: due o più molecole possono contemporaneamente urtare una terza molecola, conferendo ad essa parte della loro energia cinetica. Se quindi una di queste molecole con un contenuto energetico superiore alla media si viene a trovare in prossimità della superficie del liquido essa può vincere le forze attrattive delle molecole circostanti e sfuggire nella fase gassosa. Questo è in sintesi il meccanismo dell’evaporazione.
Dato che a lasciare il liquido sono le molecole a contenuto energetico maggiore, le molecole che restano hanno complessivamente contenuto energetico minore: la temperatura del liquido si abbassa e se il recipiente non è termicamente isolato l’ambiente esterno cede calore per riportare l’equilibrio.
La situazione opposta si crea nella condensazione, quando l’acqua passa dallo stato gassoso a quello liquido. La condensazione produce calore, nella stessa quantità in base al principio universale della conservazione dell’energia (che non si crea ne si distrugge ma si trasforma)
Come influisce la ventilazione, naturale o forzata, sulla traspirazione?
Immaginiamo che lo strato di aria alla superficie del liquido sia immobile. Ad esempio poniamo una campana di vetro al di sopra del recipiente di acqua: il livello del liquido diminuisce fino a raggiungere una valore costante. Infatti le molecole che sfuggendo
dal liquido passano allo stato di vapore hanno a disposizione uno spazio limitato. Man mano che aumenta in esso il numero di molecole, aumenta anche la probabilità che le molecole, nel loro moto caotico, ritornino nel liquido. A un certo punto il livello del liquido diviene costante in quanto, il numero di molecole che evaporano è uguale al numero di molecole che condensano. Questo è un esempio di equilibrio dinamico: il sistema non è in uno stato di quiete, purtuttavia non si nota in esso alcun cambiamento.
Se invece lo strato d’aria a contatto col liquido viene continuamente rinnovato, come avviene attraverso la ventilazione, non viene mai raggiunto il punto di equilibrio dinamico e la traspirazione della pianta viene costantemente attivata e stimolata. Condizioni ventose o eccessive ventilazioni artificiali possono portare a situazioni simili alla siccità, per impossibilità della pianta a mantenere un adeguato bilancio idrico a causa dell’eccessiva traspirazione.
Come fa la pianta a regolare la traspirazione?
L’organo traspirante per eccellenza, nella pianta è la foglia, dotata di un’epidermide, sia nella pagina superiore che nella faccia inferiore. Tale tessuto è quasi impermeabile, molto coriaceo e spesso rinforzato da essudazioni di cere e resine come ulteriore protezione nella pagina superiore ed è più delicato e sottile ma dotato di pelurie e rilevazioni nella parte inferiore. Per le sue caratteristiche di protezione tali tessuti epidermici vengono chiamati col nome di cuticola (piccola pelle).
Tra le due epidermidi vi sono diversi strati di cellule dette parenchimatiche, ricche di cloroplasti, strutture che contengono la clorofilla e sono deputate alla fotosintesi. Questi tessuti interni sono riccamente innervati di canali che trasportano l’acqua e i minerali e che portano via gli zuccheri elaborati. Vi sono tra una cellula e l’altra spazi vuoti ricchi d’aria. Tutta la parte di tessuti fogliari contenuta come in un sandwich tra le due epidermidi è chiamata mesofillo (in mezzo alla foglia).
L’ambiente nel quale queste cellule diffondono il vapor d’acqua è quindi quello interno costituito dal sistema di spazi intercellulari. L’aria in esso contenuta viene ricambiata mediante uno speciale apparato di aerazione formato da un complesso di aperture, presenti quasi esclusivamente nella pagina inferiore, dette stomi, che si aprono e si chiudono attivamente.
Vi sono quindi due vie attraverso le quali il vapore acqueo esce dalla foglia: gli stomi e la cuticola. Nelle foglie completamente sviluppate la traspirazione cuticolare è molto minore della traspirazione stomatica, anche dieci o venti volte più scarsa. Nelle foglie giovani invece, la cui cuticola non è ancora completamente formata, circa la metà dell’acqua viene dispersa attraverso di essa. La traspirazione cuticolare è in gran parte un fenomeno fisico sulla cui grandezza influiscono gli stessi fattori che regolano l’evaporazione cioè cresce al crescere del deficit di saturazione dell’aria. Tale tipo di traspirazione è passivamente supportata e non regolabile dalla pianta, se non per quegli adattamenti ambientali di tipo anatomico e quindi di carattere definitivo, più sopra citati.
La traspirazione stomatica è quindi quella di gran lunga più importante. Come viene regolata?
La traspirazione stomatica comprende due successive fasi:
1) Il passaggio dell’acqua dallo stato liquido a gassoso sulla superficie delle singole cellule del mesofillo a contatto con gli spazi intercellulari.
2) La diffusione all’esterno attraverso le aperture stomatiche del vapore acqueo.
La prima fase obbedisce alle leggi dell’evaporazione. Tuttavia non parliamo in questo caso di acqua pura ma di soluzioni acquose, molto complesse, quali quelle contenute all’interno delle cellule. La concentrazione di soluti influisce sulla capacità di evaporazione in maniera marcata. Si ha così che se ben rifornite dalle radici e quindi sature di acqua e con le pareti ben gonfie le cellule del mesofillo evaporano acqua facilmente. Ma non appena si verifica un deficit d’acqua si modifica la concentrazione delle soluzioni acquose presenti nelle cellule e conseguentemente l’evaporazione rallenta. La pianta autonomamente può anche modificare la concentrazione dei soluti mediante idrolisi di molecole organiche complesse o la condensazione di corpi più semplici. Parallelamente agiscono gli stomi. La loro più importante caratteristica funzionale consiste nella capacità di variare l’ampiezza dell’apertura fra le due cellule stomatiche. Tali cellule sono dotate di pareti di spessore diverso nella parte vicina all’apertura e nella parte opposta. L’ineguale ispessimento fa sì che quando il loro turgore aumenta, esse tendono a curvarsi a banana e diventando contemporaneamente più alte e strette si allontanano allargando l’apertura stomatica. Quando invece subiscono un effetto opposto (deturgescenza) si raddrizzano e si afflosciano avvicinandosi e chiudendo l’apertura.
Il fattore essenziale per il movimento delle cellule stomatiche è l’acqua, che se è abbondante, e se le cellule stomatiche ne sono sature e ben turgide, la loro parete viene tesa e l’apertura allargata; se l’acqua è scarsa il turgore decresce e lo stoma si richiude. In tal senso si tratta di un processo puramente meccanico di autoregolazione.
Più spesso però le variazioni di turgore delle cellule stomatiche vengono attivamente regolate in base all’opportunità del momento e sotto l’influenza di fattori ambientali diversi. Si tratta di far variare la pressione osmotica e di conseguenza la tensione di assorbimento delle cellule stomatiche. Questo avviene mediante modificazioni del rapporto amido-zucchero all’interno della cellula. Per aumentare il loro turgore le cellule stomatiche idrolizzano il loro amido trasformandolo in zucchero mediante un processo enzimatico; per diminuire il loro turgore invece le cellule stomatiche condensano lo zucchero in amido, effettuando così la trasformazione di un corpo osmoticamente inattivo (l’amido) in uno attivo (lo zucchero) e viceversa ciò che produce una variazione della tensione di assorbimento richiamando o rilasciando acqua attraverso la membrana cellulare.
Quali fattori ambientali influenzano questo complesso meccanismo di regolazione?
Il più importante di essi è la luce. Colpiti dalla luce gli stomi tendono ad aprirsi, mentre tendono a rinchiudersi al buio. Le cellule stomatiche sono dotate di cloroplasti e di clorofilla. La presenza della luce attiva la fotosintesi che trasforma l’anidride carbonica in zuccheri che aumentano la concentrazione osmotica determinando l’apertura dello stoma. Ciò è logico se si considera che è attraverso le aperture stomatiche che l’aria e l’anidride carbonica presente in essa si diffonde a tutte le cellule del mesofillo. Altro fattore importante è la temperatura che favorisce l’idrolisi dell’amido e quindi la tendenza all’apertura. Tuttavia la temperatura fa diminuire l’umidità relativa e quindi aumentare l’evaporazione che a sua volta determina deturgescenza e chiusura. Si assiste quindi prima ad un effetto di apertura ma con l’aumento della temperatura si giunge alla chiusura degli stomi. Se però la temperatura continua ad aumentare sopra i 36/40 gradi e l’aria è secca il funzionamento degli stomi viene fortemente disturbato e la loro apertura si allarga in modo anomalo. La traspirazione aumenta fino a provocare il completo essiccamento della foglia. E’ con questo meccanismo che i venti caldi e asciutti esercitano i loro dannosi effetti, come anche l’eccessiva temperatura provocata da lampade al sodio troppo vicine alle foglie, dove un’eccessiva ventilazione forzata non fa che peggiorare la situazione provocando gravi stress idrici.
L’umidità infine influenza direttamente l’apertura e la chiusura degli stomi attraverso le variazioni di pressione osmotica derivanti dall’evaporazione. Anche la circolazione forzata dell’aria se da un lato diminuisce la temperatura dall’altro aumenta l’evaporazione e se tale circolazione è disomogenea, turbolenta o troppo violenta può dar luogo a malfunzionamenti localizzati del meccanismo di regolazione stomatica.
Mr. Natural
