Cartesio

La didattica con le calcolatrici

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Respirazione e fotosintesi - Approfondimenti

La valutazione dell'intensità della traspirazione nelle specie in esame (Pothos aureus L. e Sedum album.L.) nelle diverse condizioni indagate, potrebbe dirsi compiuta ove si riuscisse a determinare la quantità di vapore acqueo emesso dall'apparato aereo dei due campioni. Tenendo conto delle diverse superfici traspiranti o della diversa massa corporea a fresco o meglio come sostanza secca, o della densità stomatica si potrebbe determinare il flusso idrico unitario.
Gli elementi di incertezza riguardano i seguenti aspetti.

1. Determinazione della variazione della quantità di vapore acqueo. Il sensore di umidità relativa è in grado di fornire misure affidabili di questo parametro. Tenendo conto della temperatura di campionamento è possibile determinare l'umidità assoluta (g di H 2 O/m 3) iniziale e finale. La differenza tra i due valori, se le condizioni sperimentali sono rigorose, dovrebbe essere dovuta all'attività metabolica del campione. L'umidità iniziale della cella non è tuttavia irrilevante sulla traspirazione del campione. Un controllo adeguato di questo parametro sarebbe opportuno, anche se non semplice da realizzare. Nei test eseguiti si sono evitate condizioni estreme di umidità e si è cercato di avviare nelle due celle la raccolta dei dati in condizioni il più possibile omogenee.
2. Tenuta stagna della cella. L'attribuzione alla traspirazione del campione della variazione di vapore acqueo registrata nella cella durante il test, si fonda sul presupposto che il sistema non abbia scambi di gas con l'ambiente esterno. Realizzare condizioni perfette di tenuta ermetica non è facile con sistemi “fatti in casa”. Si è cercato di ridurre l'errore prodotto da un deficit di tenuta del sistema (che sicuramente si è verificato) misurando le variazioni di umidità in un test in bianco, ovvero con la cella vuota, ma nelle stesse condizioni ambientali del campione. Presupposto di base era la stessa umidità nelle due celle all'inizio dei rilievi. Non è stato possibile realizzare questa condizione.
3. Determinazione del volume della cella. Per determinare l'esatta massa di vapore acqueo presente nella cella al termine dell'esperienza, bisognerebbe conoscere il volume d'aria. Elementi di incertezza scaturiscono dal diverso volume dei campioni e dei sensori collocati all'interno. Si è scelto dunque di esprimere il valore dell'u.a. in g H 2 O. m -3.
4. Determinazione delle superfici fogliari, della densità stomatica, della sostanza secca. La rilevazione di questi parametri richiede disponibilità strumentali che esulano dalla normale dotazione dei laboratori scolastici. Per le superfici fogliari è stata fatta una misura diretta, più facile per il Pothos, meno per il Sedum, con foglie piccole e semicilindriche. Per la densità stomatica è stata fatta una valutazione al microscopio opportunamente tarato, utilizzando un oculare con scala micrometrica. Per la sostanza secca a 105°C, riferita solo alla parte aerea dei campioni, sono stati utilizzati: una stufa da laboratorio, un essiccatore ed una bilancia analitica.
5. La possibilità di controllo dei parametri indagati (temperatura e luce). L'esperienza è stata realizzata utilizzando un frigotermostato con range operativo di 0÷40°C e precisione di ± 0,1°C; tuttavia l'effetto dell'intervento della resistenza o del pannello refrigerante nel controllo della temperatura e quindi sui dati rilevati è evidente.

Figura 1 - 15°C - Luce	Figura 2 - 35°C - Luce	Figura 3 - 35°C - Buio

Questo andamento è amplificato dall'impianto sperimentale. L'aria all'interno delle celle ha una sua inerzia termica. Il sensore del termostato riesce a controllare efficacemente la temperatura del vano al suo interno, mentre all'interno delle celle in vetro, in qualche modo a tenuta ermetica, l'andamento della temperatura segue cicli di circa 11', con oscillazioni di circa 0.3°C.

Figura 4 - Andamento della temperatura. Test a 35°C al buio.

Per quanto riguarda la verifica del ruolo della luce sulla traspirazione, i test hanno potuto fornire indicazioni solo di tipo qualitativo a temperatura ambiente. Una indagine quantitativa sull'effetto della intensità luminosa richiederebbe lampade a luce fredda di potenza adeguata, che mal si conciliano con le dotazioni strumentali scientifiche di un laboratorio scolastico, a meno di raffreddare la radiazione, facendo assorbire i raggi infrarossi ad un adeguato volume d'acqua interposto tra la sorgente ed il campione, ma rinunciando al controllo della temperatura.

1. Durata del campionamento. La scelta di raccogliere dati per 60' è stata dettata dall'esigenza di consentire al sistema di stabilizzarsi alle condizioni richieste. La fig. 4 dimostra che la temperatura di circa 35°C è stata raggiunta solo dopo 27' dall'avvio del test.
2. L'affidabilità dell'apparato strumentale. Il sistema - CBL2™, TI89, sensori, software di acquisizione dati - si è rivelato adeguato alle necessità dei test. La portatilità e l'alimentazione a batteria hanno consentito di operare all'interno ed all'esterno del laboratorio senza alcuna difficoltà. Le TI89 hanno gestito senza particolari difficoltà fogli di calcolo con 60 righe e 18 colonne.

Rielaborazione dei dati acquisiti nel corso dell'attività sperimentale.

Determinazione della variazione di umidità assoluta attribuibile alla traspirazione.
Attraverso la procedura di calcolo di cui all'esercizio 1, per ogni test è stata calcolata l'umidità assoluta (colonne 8 e 9) e quindi la sua variazione complessiva (colonne 17 e 18), ottenuta tenendo conto sia del limiti dell'apparato sperimentale (sottraendo le variazioni registrale nel test di controllo) che del valore iniziale dell'umidità assoluta. I risultati sono riferiti alla curva di regressione dei dati sperimentali. I valori riportati, espressi in g H 2 O/m 3, possono essere correlati all'interazione dell'attività metabolica del campione con l'ambiente confinato della cella.

Test	Sedum	Pothos
g H 2 O/m 3	g H 2 O/m 3
15°C buio	0.36	-2.61
35°C buio	1.49	0.36
36°C luce s.	0.43	4.29

Si riportano le rappresentazioni grafiche dei dati elaborati per ciascun test. Nell'asse X il tempo in secondi (0-3600), in Y la variazione di umidità assoluta in g H 2 O/m 3

Buio		Luce solare
Figura 7 - Var. di u.a. a 15°C	Figura 8 - Var. di u.a. a 35°C	Figura 9 - Var. di u.a. a 36°C

Al buio il Sedum - nelle due diverse condizioni ambientali - ha prodotto un maggiore apporto di vapore acqueo rispetto al Pothos (linea scura).

Alla luce solare (Fig. 7) è netto il maggiore incremento di umidità assoluta nella cella con il Pothos.

Determinazione del flusso idrico (µmoli di H 2 O s -1)

Disponendo per ciascun test dell'incremento di vapore in g H 2 O/m 3 (i), il flusso idrico (f) risulta da: f = [(i/18) x 1000000]/3600" (v. esercizio n. 2).
Per gli incrementi negativi di umidità il flusso idrico è stato considerato nullo..

Test	Sedum	Pothos
15°C buio	5.6	0
35°C buio	22.9	5.6
36°C luce solare	6.6	64.6

Determinazione del flusso idrico in rapporto alla superficie fogliare.

Non disponendo di apparati specifici per la determinazione della superficie fogliare, considerate le piccole dimensioni dei campioni, si è proceduto ad una misura diretta dei lembi fogliari.
Per il Pothos le foglie sono state stese su un foglio di carta millimetrata e dopo averne segnato il contorno è stata calcolata la superficie, includendo nel computo i piccioli fogliari.
Per il Sedum sono state raccolte alcune foglie campione e, dopo averle sezionate longitudinalmente, stese sulla carta millimetrata, ne è stato fissato il contorno e determinata la superficie.
Nei test al buio la superficie fogliare del Pothos è risultata di 95,6 cm 2, quella del Sedum di 30.9 cm 2. In quello alla luce: Pothos 72.25 cm 2 e Sedum 28 cm 2.
Il flusso idrico in rapporto alla superficie fogliare (f mq) deriva da:

f mq = f x 10000/S         

dove:
S = superficie fogliare del campione
f = flusso idrico

Test	Sedum	Pothos
15°C buio	1812	0
35°C buio	7411	585
36°C luce solare	2357	8941

Determinazione del flusso idrico in rapporto alla densità stomatica.

L'osservazione degli stomi è possibile nel Pothos semplicemente per trasparenza. Nonostante lo spessore del lembo fogliare, la luce intensa del microscopio ottico a trasmissione, focheggiando opportunamente, consente di osservare le cellule stomatiche già a 300 ingrandimenti. Staccando l'epidermide della pagina inferiore, distendendola su una goccia d'acqua e colorando (non è indispensabile) con una soluzione acquosa all'1% di blu di metilene, coprendo con un vetrino coprioggetti, l'osservazione degli stomi diventa possibile anche con l'obiettivo ad immersione raggiungendo i 1200 - 1600 ingrandimenti.
Il distacco dell'epidermide del Pothos non è facile. E' più semplice tagliarla con un bisturi. Con pochi tentativi si riesce ad ottenere un campione utile. Prelevando frammenti dalle due pagine fogliari, si mette in evidenza la presenza degli stomi solo nella pagina inferiore.

Figura 8 - P. aureus. L. - Obiettivo 25x - Pagina inferiore	Figura 9 - P. aureus. L. - Obiettivo 25x - Pagina superiore	Figura 10 - S. album. L. - Obiettivo 25x

Figura 11 - P. aureus. L. Obiettivo 100x	Figura 12 - S. album. L. Obiettivo 100x

Nel Sedum l'epidermide si distacca facilmente con una pinzetta.

Occorre un oculare micrometrico ed il relativo vetrino micrometrico per determinare le dimensioni del campo visivo ai diversi ingrandimenti. Nel microscopio utilizzato sono stati rilevati i seguenti valori:

Obiettivo	1 unità dell'oculare micrometrico
25x	3.8µ

Avendo contato nel Pothos n° 20 stomi a 25x su una superficie di 0.09 µ e nel Sedum n° 8 stomi a 25x su un campo visivo di 0.367 mm 2, la densità stomatica, espressa come n° di stomi/m 2 risulta: Pothos: 2.2 x 10 8 ; Sedum: 2.1 x 10 7

Il confronto visivo delle strutture stomatiche consente di evidenziare differenze non casuali:

• le dimensioni degli stomi, maggiori nel Sedum
• il numero degli stomi, maggiore nel Pothos
• l'abbondanza di cloroplasti nelle cellule stomatiche del Pothos

Il flusso idrico in rapporto alla densità stomatica (f st) espresso in µmoli di H 2 O. s -1. stoma -1 deriva da:
f st = f mq /ds
dove:
ds = densità stomatica del campione
f mq = flusso idrico per m 2 di superficie fogliare

Test	Sedum	Pothos
15°C buio	8.3 x 10 -5	0
35°C buio	3.4 x 10 -4	2.6 x 10 -6
36°C luce solare	1.1 x 10 -4 /td>	4.1 x 10 -5

Determinazione del flusso idrico in rapporto alla sostanza secca.

Al termine dei rilievi la parte aerea dei campioni è stata essiccata a 105°C. Sono risultate le seguenti masse:

Test	Sedum	Pothos
buio	0.332 g	0.233 g
luce solare	0.301 g	0.184 g

Il flusso idrico espresso in g H 2 O. m -3. g di s.s. -1 riferito alla sostanza secca dei campioni risulta pertanto da:

Test	Sedum	Pothos
15°C buio	16.8	0
35°C buio	68.9	24.0
36°C buio	21.9	351.0

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