Acquisizione di acqua e minerali

L’acqua rappresenta oltre l’80% della massa della maggior parte delle piante. È essenziale per la fotosintesi, il metabolismo e il trasporto delle sostanze nutritive e altre molecole. Anche le sostanze nutritive inorganiche sono cruciali per la crescita e la riproduzione delle piante. Ad esempio, l’azoto è un elemento componente delle biomolecole chiave, come gli amminoacidi, mentre il potassio è fondamentale per l’apertura e la chiusura degli stomi. Come assorbono le piante in modo affidabile sostanze nutritive e grandi quantità d’acqua? La maggior parte delle piante assorbono acqua e minerali dal terreno dove sono radicate. Le radici delle piante liberano idrogeno e diossido di carbonio. Il diossido di carbonio reagisce con acqua, creando un anione bicarbonato e altri ioni di idrogeno. Gli ioni di idrogeno si legano a particelle di terreno con carica negativa, liberando ioni con carica positiva, come il potassio, nella soluzione del terreno. Questo processo si chiama scambio cationico e rende disponibili per la pianta le sostanze nutritive. La struttura radicale e i modelli di ramificazione sono essenziali per l’efficace acquisizione di acqua e sostanze nutritive. Ad esempio, lo strato esterno di cellule a contatto con il suolo forma minuscoli cigli radicali. Queste cellule specializzate hanno una larga superficie che assorbe l’acqua mediante processi sia attivi che passivi. Ad esempio, l’acqua e le sostanze nutritive disciolte possono diffondersi passivamente nell’apoplasto, che comprende tutte le pareti cellulari e gli spazi tra le cellule. Lo spazio all’interno della membrana cellulare è denominato simplasto. L’acqua entra nel simplasto mediante osmosi attraverso la membrana cellulare, mentre le sostanze nutritive vengono assorbite mediante trasporto attivo. Quando l’acqua e i minerali penetrano il simplasto, si muovono liberamente verso il centro della radice attraverso connessioni cellula-cellula. Acqua e sostanze nutritive nell’apoplasto, tuttavia, vengono bloccate dall’entrare nella stele dalle bande di Caspary. Le bande di Caspary sono strati di suberina impermeabile all’acqua nelle cellule dell’endoderma, che circonda la stele. Queste strutture bloccano il passaggio di elementi potenzialmente indesiderabili o tossici. Per arrivare al centro della radice, tutti i soluti devono attraversare una membrana plasmatica. Quando entrano nel simplasto, l’acqua e le sostanze nutritive entrano nella stele, che li distribuisce a tutta la pianta per svolgere i loro compiti essenziali.