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Tessuti specializzati nelle radici delle piante si sono evoluti per catturare acqua, minerali e alcuni ioni dal suolo. Le radici presentano una varietà di modelli di ramificazione che facilitano questo processo. Le cellule della radice più esterne hanno strutture specializzate chiamate peli radice che aumentano la superficie della radice, aumentando così il contatto del suolo. L'acqua può attraversare passivamente le radici, poiché la concentrazione di acqua nel terreno è superiore a quella del tessuto radicale. I minerali, al contrario, vengono trasportati attivamente nelle cellule della radice.
Il suolo ha una carica negativa, quindi gli ioni positivi tendono a rimanere attaccati alle particelle del suolo. Per aggirare questo, le radici pompano anidride carbonica nel terreno, che si rompe spontaneamente, rilasciando protoni caricati positivamente(H) nel terreno. Questi protoni collocano gli ioni caricati positivamente associati al suolo che sono disponibili per essere pompati nel tessuto radicale, un processo chiamato scambio di cationi. Gli anioni caricati negativamente+ sfruttano la tendenza degli ioni H a diffondere il loro gradiente di concentrazione e di nuovo nelle cellule radice utilizzando il cotrasporto: gli ioni come Cl- sono cotrasportati nel tessuto radicale in associazione congli ioni H.
Le molecole possono viaggiare nel nucleo del tessuto radicale, chiamato stele, da due vie. Il trasporto apoplastico è il movimento delle molecole negli spazi creati tra le pareti cellulari continue delle cellule vicine e le loro membrane corrispondenti. Al contrario, il trasporto simplastico è il movimento delle molecole attraverso il citoplasma delle cellule vegetali, che utilizza giunzioni cellulari chiamate plasmodesmata, che consentono il libero passaggio citoplasmico di molecole tra cellule adiacenti. Per entrare nello stele, le molecole devono muoversi nel simprolasto, poiché le strisce di Casparian situate nell'endoderma della radice impediscono al passaggio dei soluti nell'apoplasto per entrare nello stele. Pertanto, per entrare nel simplasto, i soluti devono passare attraverso la membrana semipermeabile di una cellula, proteggendo le cellule da molecole tossiche o indesiderate dal suolo.
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.
