ULTRAVIOLETTA
ULTRAVIOLETTA
ULTRAVIOLETTA
La radiazione solare
Qualsiasi forma di vita presente sulla terra dipende dal flusso energetico, che viene irradiato dal sole e penetra nella biosfera. Per la formazione della biomassa e per il mantenimento dei processi vitali di tutti gli anelli vitali della catena alimentare, viene usata solo una quota molto ridotta della radiazione totale in arrivo (circa l’1%). Questa percentuale è quella che sarà trasformata dalla fotosintesi clorofilliana in energia chimica latente. Una quantità di gran lunga maggiore viene assorbita dall’ecosistema terra e trasformata in calore, che a sua volta è utilizzato in parte per l’evaporazione dell’acqua ed in parte per l’incremento o per il mantenimento della temperatura nel sistema terreno-atmosfera-biomassa. L’irraggiamento, oltre ad essere una fonte energetica fondamentale per le esigenze vitali degli organismi viventi, è quindi indispensabile anche per l’economia termica, per l’economia idrica e per l’economia della sostanza organica degli ecosistemi.
Il fenomeno della radiazione consiste nella trasmissione di energia mediante onde elettromagnetiche. Per definizione un onda elettromagnetica consiste nella variazione di intensità di un campo elettrico e di un campo magnetico perpendicolari tra loro. Le varie forme di radiazione vengono classificate in base a:
-la frequenza, f, che si esprime in hertz (1 hz=1 s-1)
-la velocità di propagazione della luce nel vuoto, c, pari a 3 x 108 km/s
Questi tre parametri sono legati tra loro dalla relazione seguente:
c=f x λ (1)
L’intero campo di frequenza, o di lunghezza d’onda, della radiazione prende il nome di spettro, mentre prendono il nome di regioni o di bande spettrali le zone circoscritte all’interno dell’intero spettro. L’energia della radiazione viene trasferita sotto forma di fotoni. L’energia, E, posseduta da un fotone è definita dalla relazione di Planck secondo la seguente formula:
E=h x c/λ (2)
Dove:
h, rappresenta la costante di Planck (6,6256 x 10-27 erg x sec-1); c, è la
velocità della luce che vale 3 x 10 km x sec-1 e λ, è la lunghezza d’onda espressa in µm.
Sostituendo la (1) nella (2), si ottiene:
Dove f è la frequenza misurata in hertz.
Da ciò deriva che tanto più elevata è la frequenza di una radiazione (quindi tanto minore è la sua lunghezza d’onda) tanto maggiore è il suo apporto energetico. L’apporto energetico della radiazione, in altre parole è, quindi, direttamente proporzionale alla sua frequenza e indirettamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda. Lo spettro elettromagnetico è suddivisibile in funzione della lunghezza d’onda e della frequenza in bande convenzionali, come riportato nella seguente tabella. Radiazioni Lunghezza d’onda Cosmiche Gamma e raggi x UV corti UV lunghi Viola Blu Verde Giallo Arancione Rosso IR corto IR lungo Onde radio elettriche > 0,5 0,5-3 3-200 200-400 400-430 430-490 490-560 560-590 590-650 650-700 700-3000 3000-350000 >500000
Lo spettro della radiazione solare in arrivo sulla terra ha un estensione che va da 170 nm a 4000 nm, con un massimo compreso tra 400 e 600nm. Lo spettro elettromagnetico della radiazione solare può essere quindi diviso in tre regioni principali, che sono quelle che interessano maggiormente la fotomorfogenesi:
l’ultravioletto (UV) con un intervallo di lunghezza d’onda che va da290 nm a 400 nm;
il visibile o PAR (photosynthecally Active Radiation), compreso tra 400 nm e 700 nm;
l’infrarosso con lunghezze d’onda maggiori di 700 nm.
La regione dell’ultravioletto lungo (200nm-400 nm) è invisibile all’occhio umano. La maggior parte della radiazione UV emessa dal sole è schermata dallo strato di ozono dell’alta atmosfera, per cui sulla superficie terrestre ne arriva solo il 2% circa della quantità totale emessa dal sole (Bonari et al.1995). Questo tipo di radiazione fornisce alla terra un apporto energetico molto ridotto. Le radiazioni ultraviolette si dividono in tre tipi:
UV-A, UV-B, UV-C.
Gli UV-A, con lunghezze d’onda comprese tra 320 e 400 nm arrivano sulla terra, ma sono i meno pericolosi, in quanto hanno minore energia. Gli UV-B, hanno lunghezza d’onda compresa tra 280 nm e
320 nm, riescono ad arrivare sulla terra attraverso l’atmosfera e influiscono sul metabolismo e sulla morfologia delle piante. Gli UV-C con lunghezza d’onda minore di 280 nm, sono quelli ad energia molto alta, tanto che potrebbero essere molto dannosi per tutti gli organismi viventi, se non fossero assorbiti dallo strato di ozono presente nella stratosfera, non riuscendo così ad arrivare a contatto della superficie terrestre. In laboratorio vengono usati come agenti mutageni grazie alla loro capacità di creare mutazioni nel DNA.
L’ozono ha la proprietà di assorbire la radiazione solare, specialmente quella a corta lunghezza d’onda (UV), e di riemetterla nell’atmosfera come energia termica, in forma di raggi infrarossi, provocando così l’aumento di temperatura in questo strato (Bonari et al.1995). L’uso incontrollato dei clorofluorocarburi (CFC) utilizzati come propellenti nelle bombolette spray e nei frigoriferi, porta alla riduzione dello strato di ozono permettendo l’entrata nella troposfera degli UV-B corti ad alta energia. La riduzione dello strato di ozono porta all’interazione di queste radiazioni con gli esseri viventi e alla possibile formazione di mutazioni nel DNA.
La fotomorfogenesi
La luce è la fonte di energia principale per tutti gli esseri viventi, sia animali che vegetali. I processi caratteristici delle piante su cui la luce gioca un ruolo fondamentale sono:
la FOTOMORFOGENESI, cioè lo sviluppo della pianta, influenzato dalla presenza della luce, ma indipendentemente dalla fotosintesi,
il FOTOTROPISMO, cioè l’accrescimento ineguale di organi della pianta in direzione della luce,
la FOTOTASSI, il movimento di organismi o di specifici organelli cellulari regolato dalla luce,
il FOTOPERIODO, la misura della durata dell’ illuminazione. Sulle piante agisce in due modi completamente diversi. Nella fotosintesi l’energia dei fotoni è trasformata in energia chimica e la luce in questo caso è una sorgente di energia per l’anabolismo. I prodotti della fotosintesi sono carboidrati che sono traslocati sotto forma di saccarosio dalla sorgente (source) della fotosintesi agli organi non fotosintetici (sink). Nella fotomorfogenesi la luce è, invece, un segnale usato per il controllo dello sviluppo: questo significa che i fotoni determinano il “pattern” di sviluppo, ma non ne soddisfano il fabbisogno energetico, che è, invece, alimentato dal catabolismo. Nel ciclo biologico delle piante la luce gioca un ruolo fondamentale influendo su tutti gli aspetti riguardanti crescita e sviluppo come ad esempio la germinazione, la crescita dello stelo, l’espansione fogliare, la riproduzione, l’iniziazione fiorale, i ritmi circadiani, l’espressione dei geni ed il fototropismo. L’energia necessaria per indurre una risposta fotomorfogenetica, è molto spesso di vari ordini di grandezza inferiore all’energia necessaria per la manifestazione della risposta stessa (es. fotoregolazione della germinazione, risposte fotoperiodiche quali la fioritura etc.).
Con il termine fotomorfogenesi si indica il controllo esercitato dalla luce sulla crescita e sul differenziamento, perciò sullo sviluppo delle piante indipendentemente dalla fotosintesi. La fotomorfogenesi è una caratteristica essenziale di tutti gli stadi ontogenetici delle piante
superiori, tanto che numerosi aspetti morfologici di una normale pianta verde, che siamo soliti considerare costitutivi, cioè determinati geneticamente, in realtà sono adattamenti epigenetici al parametro ambientale luce e sono prodotti per mezzo della fotomorfogenesi. L’influenza della luce sulla morfologia della pianta è chiamata fotomorfogenesi ed include anche i processi della germinazione dei semi, di de-eziolamento, il fenomeno della fuga dall’ombra e l’induzione a fiore. (Kendrick e Kronemberg, 1994). Per de- eziolamento si intendono tutti i processi che caratterizzano la transizione da un fenotipo proprio della crescita e quindi dell’adattamento al buio delle piante, fino al fenotipo proprio delle piante verdi fotosintetizzanti. La fuga dall’ombra si manifesta nelle piante cresciute all’interno di una fitta vegetazione, queste rispondono a cambi di qualità dello spettro luminoso presente nell’ambiente assumendo un fenotipo allungato , che consente loro di arrivare più velocemente alla luce solare diretta. I fenomeni fotomorfogenetici sono indotti in pratica da ogni lunghezza d’onda nel campo del visibile. Variando la quantità, la qualità spettrale, la direzione, la durata e la distribuzione temporale della luce, si possono indurre profondi cambiamenti nel tipo di sviluppo delle piante. (B. Lercari,1989)
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