LA TRASPIRAZIONE DELLE PIANTE

L'acqua è un elemento unico e di fondamentale importanza per tutti gli organismi viventi, ha eccellenti proprietà di solvente, viene utilizzato come intermedio in molte reazioni chimiche di grande importanza. L'acqua ovviamente svolge un ruolo importantissimo nelle piante dove insieme ad essa vengono trasportate molte sostanze nutritive, di conseguenza essa è utile per la traslocazione e il trasporto a lunga distanza di soluti; e quando diciamo trasporto di soluti non intendiamo semplice passaggio di sostanze tra membrane cellulari adiacenti, ma ci riferiamo a veri e propri trasporti, flussi d'acqua che si verificano fra tessuti e organi molto distanti tra di loro. Vi siete mai chiesti come facciano le piante ad assorbire dal terreno l'acqua di cui hanno bisogno? E soprattutto vi siete mai chiesti come fa poi quest'acqua a salire fino alla parte aerea (in alcuni casi anche per decine e decine di metri) della pianta sfidando la forza di gravità?

Le piante assorbono dal terreno ingenti quantità d'acqua, nonostante tutto la quasi totalità viene persa sotto forma di vapore acqueo attraverso le foglie, e solo una piccola percentuale viene utilizzata per svolgere varie funzioni cellulari. di conseguenza la pianta deve rimpiazzare continuamente l'acqua persa con altra assorbita dal terreno. Lo xilema penetra nella foglia insieme al floema e qui si suddivide in numerosi fasci vascolari che terminano nelle nervature fogliari. Anche se parte dell'acqua che raggiunge le foglie con lo xilema viene trattenuta dalle cellule della foglia e in parte migra nel floema la stragrande maggioranza fuoriesce nell'atmosfera esterna attraverso un processo di evaporazione noto come traspirazione.
Come si muove l'acqua all'interno dello xilema?
La logica ci suggerisce 2 possibilità; o viene spinta dal basso verso l'alto o tirata dall'alto. La prima possibilità diciamo subito che non è quella giusta! (vedere sotto pressione radicale).
Infatti secondo gli studi portati avanti fino ad ora è stato ampiamente dimostrato che l'acqua è tirata su attraverso il corpo della pianta.

 La forza trainante l'acqua verso l'alto è lo stesso processo che ne determina l'evaporazione dai tessuti fogliari ed è noto come traspirazione.

Questo fenomeno ha interessato molte generazioni di botanici, e dopo anni di studio ci si è resi conto che questo evento (perdonate la definizione poco scientifica ma è per rendere bene l'idea) causa un vero e proprio effetto cannuccia, un risucchio d'acqua verso le parti alte della pianta.

Affinchè si verifichi questo fenomeno è necessario che si crei una pressione idrostatica negativa che in termini fisici chiamiamo tensione. Tutte le cellule hanno bisogno di acqua.

Di conseguenza per essere adeguatamente funzionanti esse devono essere fortemente idratate, per cui intorno alla matrice troviamo sempre dei film d'acqua. In particolare la parete cellulare offre una superficie abbastanza grande da permetttere alle molecole d'acqua di essere trattenute per adesione, infatti (come mostrato dall'immagine) nel caso delle cellule del mesofillo fogliare che si trovano nelle immediate vicinanze delle lacune fogliari dove è presenta l'aria, osservare una pellicola d'acqua che le circonda. Questa pellicola d'acqua che circonda le cellule del mesofillo è quella che attraverso il processo di traspirazione è immessa nell'atmosfera.

Quando l'acqua evapora dalle superfici delle pareti cellulari che delimitano gli spazi intercellulari all'interno della foglia durante la traspirazione essa è rimpiazzata da acqua proveniente dall'interno della cellula. Quest' acqua diffonde attraverso la membrana plasmatica , che è facilmente permeabile all'acqua ma non ai soluti della cellula. Il risultato è che in questo modo la concentrazione dei soluti all'interno della cellula tende ad aumentare facendo diminuire il potenziale idrico della cellula, che quindi diventa sempre più negativo. Di conseguenza si stabilisce un gradiente di potenziale idrico  fra questa cellula e quelle adiacenti  più sature d'acqua. Queste cellule a loro volta richiameranno acqua da altre cellule e queste da altre ancora, una vera e propria catena di eventi che raggiungerà il vaso dello xilema a carico del quale eserciterà una vera e propria "aspirazione", o tensione d'acqua. questa tensione a causa della straordinaria coesione tra le molecole d'acqua sarà trasmessa per tutto lo xilema fino alla radice, dal momento che lo xilema del fusto è in stretto contatto con quello della radice. Il risultato è una sorta di effetto cannuccia che tirerà su l'acqua. Quindi la perdita d'acqua rende il potenziale idrico della radice negativo e aumenta la sua capacità di assorbire acqua dal suolo. Quindi il diminuito potenziale idrico causato dalla traspirazione ma anche dall'utilizzazione dell'acqua da parte delle cellule creerà un gradiente di potenziale idrico dalle foglie alla soluzione del suolo che bagna le radici. ciò fornisce la forza trainante per il movimento dell'acqua nel continuum-suolo pianta atmosfera. Questa teoria è nota anche come teoria della coesione tensione in quanto le proprietà chimico-fisiche dell'acqua svolgono un ruolo importantissimo dal momento che è proprio la coesione delle molecole d'acqua che le permette di essere sottoposte a tensione. La teoria potrebbe anche essere chiamata teoria della coesione-tensione-adesione i quanto l'adesione delle molecole d'acqua alle tracheidi o ai vasi dello xilema è altrettanto importante. Inoltre bisogna ricordarsi che le molecole d'acqua interagiscono tra di loro tramite legami idrogeno. Quando una molecola d'acqua si allontana nell'atmosfera non crea un buco d'acqua ma si tira dietro un altra molecola d'acqua. Questo richiamo continuo si propaga all'indietro fino ai fasci vascolari creando un vero e proprio risucchio che attira l'acqua.  Inoltre i vasi xilematici devono essere in grado di sopportare tale risucchio dal momento che la pressione idrostatica negativa è molto elevata per sollevare una certa quantità d'acqua dal basso verso l'alto. Lo xilema è particolarmente adatto a questo scopo dal momento che è rafforzato da un complesso molecolare noto come lignina.

In cosa consiste la pressione radicale?
Abbiamo visto che il trasporto dell'acqua attraverso la radice alla parte aerea della pianta avviene grazie ad una differenza di potenziale idrico tra la soluzione del terreno e la linfa presente nello xilema. Quando di notte il processo della traspirazione è assente  o quasi nullo il gradiente di potenziale idrico viene mantenuto grazie all'immissione di soluti tramite trasporto attivo all'interno dello xilema, ciò causa un abbassamento del potenziale idrico nello xilema che richiamerà acqua dalle cellule circostanti per osmosi. Questo fenomeno causa la formazione di una pressione idrostatica positiva che spinge l'acqua dal basso verso l'alto. Però bisogna sottolineare che la pressione radicale non si genera in tutte le piante, anzi in alcune è quasi assente, e che durante il giorno, quando il movimento dei soluti nello xilema è particolarmente veloce essa non è abbastanza forte da spingere l'acqua dal basso verso l'alto, soprattutto nelle piante d'alto fusto, quindi la forza trainante l'acqua verso le parti aeree della piante rimane sempre la traspirazione. Ne consegue che nelle piante in cui la pressione radicale si verifica, essa deve essere vista come un effetto collaterale dovuto dell'elevata presenza di ioni nello xilema; e solo indirettamente come un meccanismo di trasporto dell'acqua.