Fotosintesi clorofilliana

La cattura dell’energia solare da parte di organismi fotosintetici e la sua conversione nell’energia chimica di composti organici ridotti è la fonte di quasi tutta l’energia biologica. Gli organismi fotosintetici intrappolano l’energia solare e formano ATP e NADPH che vengono poi utilizzati come fonte di energia per la produzione di carboidrati ed altri composti organici a partire da CO2 e H2O ; contemporaneamente questi processi rilasciano O2 nell’atmosfera.

Durata: 1 ora

Scopo:

Evidenziare l'importanza di alcuni fattori (luce e CO2) nell'efficacia del processo di fotosintesi.
Verificare la produzione di ossigeno durante il processo fotosintetico.

Teoria:

La fotosintesi clorofilliana avviene nei cloroplasti delle cellule vegetali. E' un processo in base al quale anidride carbonica e acqua vengono combinate per produrre zuccheri ed amidi. Perchè questa sintesi possa avvenire, occorre dell'energia che viene fornita dalla luce del Sole. Le piante utilizzano queste sostanze e vari composti di azoto anche per produrre proteine. In questo modo, le piante sono in grado di fabbricare da sè le sostanze di cui hanno bisogno (autotrofi), mentre gli animali, per ottenerle, devono cibarsi di piante o di altri animali (eterotrofi). 

Come "scarto" del processo fotosintetico si ha ossigeno dalla reazione:

 

6 CO2 + 6 H2O + energia  =  C6H12O6  + 6 O2.

Materiale:

• Acqua
• Piantina di Elodea 

Strumenti:

• Becher
• Imbuto di vetro
• Provetta

Procedimento:

1. Mettere la piantina di Elodea in un grosso becher 
2. Porre l'imbuto rovesciato sopra la piantina
3. Riempire con acqua il becher e l'imbuto
4. Riempire d'acqua la provetta e capovolgerla infilandola sopra l'imbuto
5. Ripetere lo stesso procedimento con una seconda piantina
6. Esporre alla luce e attendere qualche minuto la prima
7. Mettere in un luogo totalmente buio la seconda

Risultato:

Dopo alcuni minuti, possiamo osservare delle bollicine di gas (ossigeno) risalire dalla prima piantina lungo l’imbuto e poi nella provetta rovesciata; il gas si accumula sul fondo rovesciato della provetta, riducendo il livello dell’acqua nella provetta stessa. Con un fiammifero possiamo dimostrare che il gas prodotto è proprio ossigeno: se avviciniamo rapidamente il fiammifero quasi spento alla provetta mentre la estraiamo dall’acqua, il gas ravviverà la fiamma.

La seconda piantina posta al buio non ha generato ossigeno perché non si è verificata la fotosintesi.

Commenti:

Bibliografia:

https://online.scuola.zanichelli.it/barbonescienzeintegrate/files/2010/03/V05_03.pdf

https://www.funsci.it/files/Esperimenti-di-educazione-ambientale.pdf

Peli urticanti al microscopio

Nel loro eccezionale processo evolutivo, non potendosi muovere, o potendolo fare in maniera relativamente lenta, le piante hanno dovuto sviluppare molteplici meccanismi di difesa contro i naturali predatori o contro le avversità climatiche e atmosferiche.
Tra i meccanismi di difesa troviamo particolari estroflessioni delle cellule epidermiche dette tricomi, o peli.
I peli possono svolgere differenti funzioni. Per esempio, i peli radicali, oltre ad essere vivi, cercano e assorbono l'acqua contenuta nel terreno. I peli che rivestono la parte aerea possono assorbire l'umidità dell'aria, oppure possono proteggere la pianta contro l'eccessiva perdita di umidità per evapotraspirazione, oppure ancora possono proteggere la pianta dall'eccessiva irradiazione solare. Sempre i peli della parte aerea possono proteggere la pianta dagli attacchi di parassiti. I peli svolgono le stesse funzioni che in altre piante sono svolte dalle spine (fusti o foglie trasformate), dagli aculei (emergenze dell'epidermide che coinvolgono anche i tessuti profondi, come gli aculei delle rose, chiamati anche spine), dai rivestimenti cerosi.
I peli possono essere unicellulari o pluricellulari, semplici o ramificati, con forme di stella, scudetto, uncino, piuma, ecc.

Tra i peli ve ne sono alcuni tipi detti ghiandolari poiché contengono particolari sostanze. I peli ghiandolari sono costituiti da cellule vive e le sostanze che contengono possono servire a scopo di difesa (peli urticanti), a richiamare insetti impollinatori (peli contenenti sostanze aromatiche e zuccherine),  a "sentire" la presenza di insetti (peli sensitivi di alcune piante carnivore), a eliminare l'eccesso di sali (ghiandole saline delle piante alofite), a digerire gli insetti catturati (peli digestivi di alcune piante carnivore), eccetera.

Durata: 30 min

Scopo:

Osservare la struttura dei peli urticanti delle ortiche al microscopio

Teoria:

Le ortiche sono notoriamente ricoperte di peli urticanti (Ortica da urere = bruciare), sono peli ghiandolari vivi che si sono evoluti per iniettare nel predatore acido formico, acetilcolina e istamina. 

Il pelo presenta alla base un rigonfiamento a bulbo, contenente il nucleo, e una punta chiusa da un bottone sferico(ben visibile al microscopio). Il bulbo è contenuto in una struttura basale a forma di calice, formata da cellule epidermiche, anch'esse ben visibili al microscopio. Verso la punta le pareti del pelo sono ricche di silicati che la rendono fragile come il vetro; invece verso la parte bassa sono ricche di carbonato di calcio. In questo modo il pelo risulta rigido ma fragile. Al contrario, il bulbo non possiede incrostazioni e, quindi, ha una parete elastica che si può comprimere. Il bottone apicale non è centrato all'estremità del pelo ma fissato in modo obliquo, in corrispondenza di una rientranza.
Quando viene toccata la punta , l'intero pelo si piega, il bulbo si comprime e il bottone apicale si rompe distaccandosi dalla punta. Poiché il bottone è fissato obliquamente, quando si stacca rimane una punta silicea obliqua, simile alla punta di un ago ipodermico. Il bulbo, compresso, spinge il liquido urticante verso la punta che, essendo sottilissima (microscopica) e affilatissima, penetra facilmente nel corpo del predatore, iniettandovi il liquido.

Materiale:

• Pianta di ortica

Strumenti:

• forbici;
• pinzetta;
• ago da dissezione;
• bisturi;
• lente d'ingrandimento;
• microscopio;
• vetrini portaoggetto;
• vaschetta;

Procedimento:

1. Recidere con le forbici un rametto da una pianta di ortica
2. Con una pinzetta riporre il campione su un piattino
3. Utilizzando la lente d'ingrandimento, staccare diverse piccole parti della pianta con l'aiuto di forbici e pinzette; 
4. Prelevare parti di foglia, picciolo, fusticino utilizzando il bisturi e l'ago da dissezione
5. Porre i campioni su vetrini portaoggetti 
6. Osservare al microscopio

Risultato:

E' possibile osservare al microscopio tutta la struttura dei peli urticanti distinguendo le cellule dell'epidermide sul bulbo dalle pareti silicate e il bottone apicale obliquo.

Consigli di sicurezza:

Si consiglia di utilizzare guanti per la manipolazione delle foglie di ortica e prestare attenzione nell'utilizzo del bisturi

Commenti:

Bibliografia:

https://www.stelledegliiblei.it/ortica_peli_urticanti.html

https://www.stelledegliiblei.it/ortica_peli_urticanti_bis.html

Coltura di alghe dal suolo e osservazione al microscopio della microflora tellurica

La microflora tellurica costituisce la parte più cospicua della biomassa del terreno, comprende infatti al suo interno diversi regni come i batteri, i funghi, gli attinomiceti, i virus e le alghe. In un solo grammo di terreno sono presenti da un milione a 10 e più miliardi di microrganismi singoli o raggruppati in colonie. La macroflora invece è rappresentata essenzialmente dalle radici delle piante superiori e dai licheni, importanti soprattutto nei terreni in formazione o poco evoluti. Le alghe sono organismi autotrofi, possono essere costituiti da una o più cellule, e vivono principalmente in acqua, ma sono presenti anche su materiali ricchi di umidità e quindi nel suolo. Nel terreno le alghe si trovano in piccole quantità rispetto alla biomassa totale, crescono infatti quasi esclusivamente a livello superficiale, dove possono essere raggiunte più facilmente dalla radiazione solare.

Durata: 45' (+ 1 giorno di preparazione)

Scopo:

Osservare al microscopio ed imparare a classificare le alghe che vivono nel terreno

Teoria:

Le alghe presenti nella superficie del suolo trasferite nell'apposito terreno con agar nutritivo cresceranno trovandosi nelle condizioni ottimali alla loro vita creando colonie che potranno essere prelevate in piccole quantità ed osservate al microscopio, potendone così identificare la famiglia e la specie.

Materiale:

• Agar nutritivo 
• Terriccio 
• Nitrato di calcio 
• Idrogenofosfato di potassio 
• Solfato di magnesio 
• Cloruro di sodio 
• Solfato ferrico

Strumenti:

• Microscopio ottico 
• Capsule petri 
• Spatolina

Procedimento:

1. Sospendere 10 g di Agar in 100 ml di acqua distillata e aggiungere: 1 g di nitrato di calcio, 0,2 g di idrogenofosfato di potassio, 0,2 g di solfato di magnesio, 0,1 g di cloruro di sodio, 0,05 g di solfato ferrico 
2. Portare il liquido a 1000 ml e sterilizzare con ebollizione 
3. Versare il liquido nelle capsule Petri sterili e lasciare solidificare 
4. Prelevare piccoli campioni di terriccio e disporli sull'agar solidificato 
5. Chiudere e capovolgere le capsule 
6. Conservare in una zona con luce diffusa ma non esposte direttamente alla luce solare e al riparo dalla polvere 
7. Se nel terreno erano presenti alghe, compariranno sulla superficie dell'agar alcune chiazze colorate di giallo, verde o azzurro 
8. Asportare piccoli frammenti di coltura e montarle in acqua su un vetrino da microscopio 
9. Osservare al microscopio ottico

Risultato:

Le alghe al microscopio si presentano come piccole cellule verdi, unicellulari o coloniali, dalla forma più disparata, è possibile identificarne le specie osservandone le strutture caratteristiche ed utilizzando il supporto di un manuale di riconoscimento.

La sistematica delle piante

Com'è fatta una pianta? Se la risposta a questa domanda vi sembra semplice, provate a chiedervi: una felce è una pianta? Un muschio è una pianta? E un'alga? Un lichene? Un fungo? Un batterio fotosintetico? In questa esperienza verranno osservate diverse piante (e non), cercando di capire quali sono le caratteristiche di ciascun gruppo tassonomico.

Cellule vegetali al microscopio

Cellule di spinacio, sono evidenti i cloroplasti (obiettivo 40x, oculare 10x)

Com'è fatto l'interno di una foglia? Che aspetto hanno le cellule di una pianta? Bastano pochi ingrandimenti, e le foglie ci mostrano forme e colori meravigliosi: i mosaici colorati dell'epidermide, con gli stomi che occhieggiano qua e là, oppure le cellule del mesofillo piene di cloroplasti verde smeraldo, o le lunghe spirali delle pareti delle trachee, o i sottili cristalli di ossalato di calcio. In meno di un'ora, anche una classe al primo approccio col microscopio può riuscire a fare osservazioni interessanti.

Osmosi in cellule di cipolla rossa

Durata: 1 ora

Scopo:

Osservare al microscopio il fenomeno dell'osmosi in cellule vegetali.

Teoria:

La membrana cellulare è una membrana semipermeabile, cioè può essere attraversata dall'acqua ma non dai suoi soluti. Per il fenomeno dell'osmosi, l'acqua attraversa spontaneamente la membrana andando dalla parte dove c'è una minor concentrazione di soluti alla parte dove la concentrazione è maggiore. Poiché le cellule hanno al loro interno una certa concentrazione di soluti, se l'ambiente esterno ha una concentrazione di soluti minore (soluzione ipotonica) l'acqua tende ad entrare nelle cellule, gonfiandole, se invece l'ambiente esterno ha una concentrazione maggiore (soluzione ipertonica) l'acqua tende a uscire dalle cellule, facendole raggrinzire. Nel caso delle cellule vegetali, la parete cellulare evita che le cellule si gonfino fino a scoppiare se immerse in una soluzione ipotonica, ma se immerse in una soluzione ipertonica, le cellule raggrinziscono e il citoplasma si stacca dalle pareti cellulari.

Materiale:

• Cipolla rossa (o radicchio rosso, o cavolo cappuccio rosso)
• Soluzione fisiologica in contagocce
• Soluzione di NaCl al 10% in contagocce
• Acqua distillata in contagocce

Strumenti:

• Pinzette
• Vetrino portaoggetti
• Vetrino coprioggetto
• Microscopio

Procedimento:

1. Depositare una goccia di soluzione fisiologica sul vetrino portaggetti
2. Con una pinzetta, staccare un frammento di epidermide di cipolla rossa e depositarlo nella goccia sul vetrino. Il frammento deve essere almeno in parte viola.
3. Coprire con il vetrino coprioggetto.
4. Osservare al microscopio all'ingrandimento 10x
5. Continuando ad osservare al microscopio, depositare una goccia della soluzione di NaCl al 10% sul vetrino portaoggetti a lato del vetrino coprioggetto, in modo che la goccia tocchi lateralmente il vetrino coprioggetto senza coprirlo.
6. Dopo aver atteso qualche minuto osservando quello che succede, assorbire l'acqua in eccesso avvicinando un pezzo di carta assorbente al bordo del vetrino coprioggetto.
7. Depositare una goccia di acqua distillata a lato del vetrino coprioggetto, e osservare quello che accade nel giro di alcuni minuti.

Risultato:

Quando viene aggiunta la goccia di soluzione satura ai lati del vetrino, per capillarità questa passa sotto di esso, mescolandosi con la soluzione fisiologica. Quando la soluzione satura raggiunge il pezzo di epidermide di radicchio rosso, dovrebbero essere evidenti i citoplasmi viola che si staccano dalle pareti cellulari e raggrinziscono.

Aggiungendo l'acqua distillata, i citoplasmi raggrinziti dovrebbero aumentare un po' di volume.

Note:

Se si usa il radicchio rosso o il cavolo cappuccio rosso, per ottenere un frammento di epidermide conviene grattare con la pinzetta la superficie inferiore della foglia finché non si solleva l'epidermide.

Quando si aggiungono le gocce a lato del vetrino coprioggetto il movimento della soluzione provocherà uno spostamento del campione, sarà quindi necessario correggere la messa a fuoco del microscopio.

Occorre fare molta attenzione affinché le soluzioni non vengano in contatto con nessuna parte del microscopio, in particolare con gli obiettivi: evaporando lasciano uno strato di cristalli di sale difficile da pulire.

Riferimenti:

• Biological Sciences Curriculum Study. BSCS Verde, 1, p. 100.