La densità delle vene nelle foglie: un possibile ruolo come sistema di raffreddamento

di Mario Pa­ga­no

In­tro­du­zio­ne

Le fo­glie sono or­ga­ni es­sen­zia­li per man­te­ne­re un cor­ret­to equi­li­brio tra O₂ e CO₂ in at­mo­sfe­ra at­tra­ver­so i pro­ces­si di fo­to­sin­te­si e re­spi­ra­zio­ne (Bhard­waj et al., 2013). A tal ri­guar­do, un aspet­to fi­sio­lo­gi­co, con­di­vi­so anche da altri or­ga­ni­smi vi­ven­ti, è l’al­ta ra­mi­fi­ca­zio­ne e la di­ver­si­tà strut­tu­ra­le del si­ste­ma va­sco­la­re (Par­sons-Win­ger­ter et al., 2011; Sack et al., 2012).

La re­go­la­zio­ne nel­l’ef­fi­cien­za del tra­spor­to del­l’ac­qua (cioè la massa d’ac­qua tra­spor­ta­ta per unità di gra­dien­te di pres­sio­ne) è evi­den­te in tutto il per­cor­so evo­lu­ti­vo della fo­glia. La strut­tu­ra dello xi­le­ma, in grado di au­men­ta­re l’ef­fi­cien­za idrau­li­ca e di man­te­ne­re la con­ti­nui­tà della co­lon­na d’ac­qua, è cru­cia­le per la so­prav­vi­ven­za delle spe­cie ve­ge­ta­li. In par­ti­co­la­re, il si­ste­ma va­sco­la­re della fo­glia ha due fun­zio­ni prin­ci­pa­li: il tra­spor­to di so­lu­zio­ni ac­quo­se e il sup­por­to mec­ca­ni­co. L’ac­qua, so­lu­ti e gli or­mo­ni sono tra­spor­ta­ti nello xi­le­ma men­tre i car­boi­dra­ti sono tra­spor­ta­ti at­tra­ver­so il floe­ma (Ro­th-Ne­be­li­sck et al., 2001).
L’ar­chi­tet­tu­ra della vena, oltre ad es­se­re es­sen­zia­le per un sup­por­to mec­ca­ni­co della fo­glia, può anche gio­ca­re un ruolo cru­cia­le nel­l’ef­fi­cien­za della fo­to­sin­te­si (Bro­dribb et al., 2007). Inol­tre, studi re­cen­ti, hanno di­mo­stra­to come l’in­ten­si­tà cro­ma­ti­ca del verde della pa­gi­na fo­glia­re, de­scrit­ta da un in­di­ce di co­lo­re af­fe­ren­te allo spet­tro RGB (red-green-blu), sia in­fluen­za­ta da nu­me­ro­si fat­to­ri come ad esem­pio il bi­lan­cio di car­bo­nio nel­l’e­co­si­ste­ma e l’ef­fi­cien­za della fo­to­sin­te­si (Ah­rends et al., 2009; Ri­chard­son et al., 2007). A tale ri­guar­do, l’in­fluen­za del­l’am­bien­te sullo spet­tro RGB, può es­se­re eli­mi­na­ta uti­liz­zan­do i se­guen­ti in­di­ci (Son­nen­tag et al., 2012):

Du­ran­te gli ul­ti­mi anni, come am­pia­men­te do­cu­men­ta­to dalla let­te­ra­tu­ra scien­ti­fi­ca, sono stati svi­lup­pa­ti nu­me­ro­si in­di­ci per le im­ma­gi­ni di­gi­ta­li (Meyer et. al., 2008; Perez et. al., 2000; Woeb­bec­ke et al., 1995). L’o­biet­ti­vo di molti di que­sti studi è stato quel­lo di met­te­re ap­pun­to tec­ni­che ido­nee sia per se­pa­ra­re l’im­ma­gi­ne delle pian­te dal ri­spet­ti­vo sfon­do (Meyer et al., 2008; Perez et al., 2000; Woeb­bec­ke et al., 1995; Son­nen­tag et al., 2012), così da ga­ran­tir­ne una iden­ti­fi­ca­zio­ne au­to­ma­ti­ca delle stes­se, che quel­lo di evi­den­zia­re con ac­cu­ra­tez­za lo spet­tro RGB.

Nella pre­sen­te ri­cer­ca, in­ve­ce, sono state uti­liz­za­te tec­ni­che di ana­li­si del­l’im­ma­gi­ne con la fi­na­li­tà di porre in evi­den­za una cor­re­la­zio­ne esi­sten­te tra il si­ste­ma va­sco­la­re delle fo­glie e la tem­pe­ra­tu­ra della pa­gi­na fo­glia­re.

Ma­te­ria­li e me­to­di

La ri­cer­ca ha in­te­res­sa­to la spe­cie Vitis vi­ni­fe­ra (L.) (cul­ti­var ‘Gor­got­te­sco’). Tutte le viti uti­liz­za­te nella ri­cer­ca sono state espo­ste alle stes­se con­di­zio­ni agro­no­mi­che ed am­bien­ta­li (27,1 °C; 64,1 % di umi­di­tà re­la­ti­va) al­l’in­ter­no della serra del CREA di Arez­zo, Ita­lia.
A tal pro­po­si­to, sono state in­di­vi­dua­te le fo­glie con un età cor­ri­spon­den­te ad un pe­rio­do con un’ef­fi­cien­za mas­si­ma della fo­to­sin­te­si (Krie­de­mann et al., 1970). A tal ri­guar­do, sono stati ese­gui­ti sulle fo­glie, an­co­ra po­si­zio­na­te sulle pian­te, i ri­lie­vi della tem­pe­ra­tu­ra uti­liz­zan­do un ter­mo­me­tro ad in­fra­ros­si (Fluke 62 Mini). Il ter­mo­me­tro è stato po­si­zio­na­to ver­ti­cal­men­te sul cam­pio­ne da ana­liz­za­re. Le fo­glie sono state cam­pio­na­te tra il sesto e il set­ti­mo nodo di ogni tral­cio prin­ci­pa­le. Suc­ces­si­va­men­te, sono state ac­qui­si­te di­ret­ta­men­te sulla pa­gi­na fo­glia­re, uti­liz­zan­do una fo­to­ca­me­ra EOS 700D (Canon, Giap­po­ne) equi­pag­gia­ta con un obiet­ti­vo macro EF 100 mil­li­me­tri f/2,8 (Canon, Giap­po­ne) ed un mi­cro­sco­pio di­gi­ta­le Di­no­li­te (AM-313­T5, Anmo Elec­tro­nics Cor­po­ra­tion, Hsin­chu, Tai­wan), le im­ma­gi­ni del si­ste­ma va­sco­la­re.
L’ac­qui­si­zio­ne di­gi­ta­le del cam­pio­ne è stata ese­gui­ta di­vi­den­do l’a­rea della fo­glia in qua­dran­ti di 1 mm². In ogni qua­dran­te sono state in­clu­se le vene dal 2° or­di­ne in poi. Le im­ma­gi­ni sono state ela­bo­ra­te at­tra­ver­so l’uso del soft­ware Ima­geJ 1.49v (Na­tio­nal In­sti­tu­tes of Heal­th, USA), men­tre con l’au­si­lio del mi­cro­sco­pio Di­no­li­te sono stati ef­fet­tua­ti degli in­gran­di­men­ti delle por­zio­ni di la­mi­na ri­te­nu­te più in­te­res­san­ti per la rea­liz­za­zio­ne di mo­del­li 3D. Il mo­del­lo 3D è stato rea­liz­za­to uti­liz­zan­do il soft­ware Ima­geJ. Que­sto mo­del­lo è una pos­si­bi­li­tà of­fer­ta da que­sto soft­ware per si­mu­la­re la di­stri­bu­zio­ne del ca­lo­re sul si­ste­ma va­sco­la­re della fo­glia.

Ri­sul­ta­ti e di­scus­sio­ne

La tec­ni­ca di ela­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni uti­liz­za­ta in que­sto la­vo­ro ha per­mes­so di ot­te­ne­re in­for­ma­zio­ni sul si­ste­ma va­sco­la­re della vite. Dal­l’a­na­li­si sta­ti­sti­ca dei dati rac­col­ti in ogni sin­go­lo qua­dran­te della pa­gi­na fo­glia­re, è emer­sa una cor­re­la­zio­ne si­gni­fi­ca­ti­va tra a den­si­tà delle vene e la tem­pe­ra­tu­ra della la­mi­na (fig. 1). Que­sta cor­re­la­zio­ne sup­por­ta l’i­po­te­si che il si­ste­ma va­sco­la­re delle fo­glie, con par­ti­co­la­re ri­fe­ri­men­to a quel­le di vite, può ri­ve­sti­re un ruolo nel pro­ces­so di raf­fred­da­men­to della me­de­si­ma. In­fat­ti, ad una mag­gio­re den­si­tà delle vene cor­ri­spon­de una tem­pe­ra­tu­ra in­fe­rio­re.
Inol­tre, è stata tro­va­ta una cor­re­la­zio­ne si­gni­fi­ca­ti­va tra l’in­di­ce di verde (g_cc) e la tem­pe­ra­tu­ra della pa­gi­na fo­glia­re (fig. 2). La cor­re­la­zio­ne evi­den­zia un più alto va­lo­re del­l’in­di­ce g_cc in fun­zio­ne di una tem­pe­ra­tu­ra in­fe­rio­re. Pro­ba­bil­men­te, que­sta in­for­ma­zio­ne può es­se­re as­so­cia­ta ad un buon stato di sa­lu­te delle fo­glie. Inol­tre, è emer­sa anche una si­gni­fi­ca­ti­va cor­re­la­zio­ne tra la den­si­tà delle vene e l’in­di­ce g_cc (fig. 3). Un in­di­ce g_cc mag­gio­re può, pro­ba­bil­men­te, es­se­re ab­bi­na­to ad un più alto con­te­nu­to di clo­ro­fil­la. In­fi­ne è stato co­strui­to un mo­del­lo vir­tua­le 3D LUT (fig. 4) per evi­den­zia­re il pro­fi­lo ter­mi­co del si­ste­ma va­sco­la­re.

Con­clu­sio­ni

Lo stu­dio del­l’ar­chi­tet­tu­ra della vena è il punto prin­ci­pa­le per com­pren­de­re le di­na­mi­che dei flui­di coin­vol­ti nei tes­su­ti va­sco­la­ri. Il pre­sen­te la­vo­ro è un con­tri­bu­to per evi­den­zia­re la cor­re­la­zio­ne esi­sten­te tra il si­ste­ma va­sco­la­re della fo­glia e la tem­pe­ra­tu­ra.
I dati pre­li­mi­na­ri evi­den­zia­no una cor­re­la­zio­ne tra la den­si­tà del si­ste­ma va­sco­la­re e la tem­pe­ra­tu­ra della la­mi­na. I ri­sul­ta­ti con­fer­ma­no l’i­po­te­si che la rete ve­no­sa è cor­re­la­ta con la tem­pe­ra­tu­ra della me­de­si­ma. Que­sta cor­re­la­zio­ne può as­su­me­re un ruolo nel raf­fred­da­men­to della fo­glia. I passi suc­ces­si­vi sa­ran­no orien­ta­ti nel con­fer­ma­re que­ste in­for­ma­zio­ni pre­li­mi­na­ri uti­liz­zan­do una te­le­ca­me­ra ter­mi­ca. In fu­tu­ro, sarà pos­si­bi­le, quin­di, rea­liz­za­re mo­del­li pre­dit­ti­vi in ​​grado di in­te­gra­re le co­no­scen­ze ac­qui­si­te at­tra­ver­so la “let­tu­ra delle fo­glie” come, ad esem­pio, evi­den­zia­re il po­ten­zia­le ri­schio di stress idri­co e di con­se­guen­za le esi­gen­ze di ir­ri­ga­zio­ne del vi­gne­to.

Bi­blio­gra­fia

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­Fig. 1 – Cor­re­la­zio­ne si­gni­fi­ca­ti­va tra la den­si­tà delle vene e la tem­pe­ra­tu­ra della fo­glia (P< 0.01, r² = 0.39, no.= 6)(Pa­ga­no et al., 2015).
Fig. 2 – Cor­re­la­zio­ne si­gni­fi­ca­ti­va tra l’in­di­ce g_cc e la tem­pe­ra­tu­ra della fo­glia (P< 0.01, r² = 0.86, no.= 6) (Pa­ga­no et al., 2015).

Fig. 3 – Cor­re­la­zio­ne si­gni­fi­ca­ti­va tra l’in­di­ce g_cc e la den­si­tà delle vene (P< 0.01, r² = 0.36, no.= 6) (Pa­ga­no et al., 2015).Fig. 4 – Esem­pio di spet­tro ter­mi­co vir­tua­le (LUT) di una por­zio­ne di la­mi­na della fo­glia (Pa­ga­no et al., 2015).

Mario Pa­ga­no, lau­rea­to in Scien­ze e Tec­no­lo­gie Agra­rie (vec­chio or­di­na­men­to) pres­so l’U­ni­ver­si­tà degli Studi di Fi­ren­ze, ha con­se­gui­to il Dot­to­ra­to di ri­cer­ca in Agro­bio­tec­no­lo­gie per le Pro­du­zio­ni Tro­pi­ca­li. Cur­ri­cu­lum vitae >>>

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