Fisiologia e sviluppo vegetale

Presentazione dell’edizione italiana
A circa trent’anni dalla prima edizione italiana l’Editore Piccin mi ha conferito l’incarico di continuare la traduzione del testo di Fisiologia e sviluppo vegetale giunto alla settima edizione inglese e alla quinta edizione italiana. Il testo è stato interamente ritradotto, adattando la quinta edizione al nuovo stile utilizzato dagli autori e al linguaggio moderno e attuale. La riorganizzazione del testo permette agli studenti che provengono da diversi percorsi didattici di affrontare i vari aspetti della fisiologia vegetale integrandoli con nozioni di base di anatomia vegetale e di approfondire i processi di accrescimento e sviluppo che sono fondamentali per comprendere i meccanismi fisiologici delle piante. La scelta di abbandonare i vecchi capitoli sugli ormoni e integrarli invece in un unico capitolo per poi riprenderli in tutto il testo consente al lettore di associare la segnalazione ormonale alla funzione e struttura delle piante, il tutto integrato da studi comparativi con diversi mutanti. Avendo tradotto tutte le versioni finora pubblicate dagli autori ho potuto seguire come molti di voi l’evoluzione di questo testo, leader nella docenza della fisiologia vegetale, che ha insegnato a generazioni di studenti (ora alcuni di loro docenti universitari) non solo le nozioni di base sulla biologia delle piante, ma anche come guardare gli organismi fotosintetici con una visione del tutto olistica, dalle interazioni con l’ambiente abiotico e biotico alle più moderne tecniche di trasformazione genica, tutto volto alla maggior e miglior produzione vegetale. È stato un onore e un piacere poter tradurre questa ultima versione e sono certo che l’impegno dell’editore Piccin anche questa volta troverà il vostro consueto apprezzamento. Vi auguro una buona lettura. Massimo Maffei Ordinario di Fisiologia Vegetale Università degli Studi di Torino
Prefazione
Siamo entusiasti e onorati di presentare alla comunità della biologia vegetale una nuova edizione di Fisiologia e sviluppo vegetale. Come nelle edizioni precedenti, il nostro obiettivo generale per la settima edizione è stato quello di fornire agli studenti una conoscenza approfondita dei principi della fisiologia e dello sviluppo vegetale, nonché una solida conoscenza dei più importanti risultati della ricerca all’avanguardia. Il nostro obiettivo con ogni edizione è quello di integrare la continuità storica e le recenti scoperte della ricerca in un insieme senza soluzione di continuità. La settima edizione affronta anche un nuovo elemento temporale: il futuro della biologia vegetale. Non è più controverso affermare che la civiltà umana è diventata insostenibile. L’estrazione e la combustione di carburanti fossili, il rilascio di sottoprodotti della produzione, l’allevamento intensivo di animali e la distruzione degli ecosistemi tropicali e boreali hanno, secondo la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), prodotto il maggiore accumulo di gas serra atmosferici dal periodo caldo del Pliocene medio, 3,6 milioni di anni fa. Questo processo, iniziato durante la Rivoluzione Industriale all’inizio del XIX secolo, e che ha subito una notevole accelerazione a metà del XX secolo, ha aumentato le temperature superficiali medie di ben 1°C al di sopra della media preindustriale. Questo aumento di temperatura apparentemente piccolo si sta verificando così rapidamente che sta mettendo a dura prova la biodiversità mondiale. Molti scienziati ritengono che ora abbiamo lasciato il clima relativamente stabile dell’epoca dell’Olocene e siamo entrati in una nuova pericolosa epoca geologica, l’Antropocene, caratterizzata dal dominio umano della biosfera e dalla perturbazione di vari cicli geochimici del sistema Terra. La terribile situazione è stata riassunta da António Guterres, Segretario generale delle Nazioni Unite, nella sua presentazione del sesto rapporto di valutazione 2022 del Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC):
La giuria ha raggiunto un verdetto. Ed è drammatico… Siamo sulla buona strada verso il disastro climatico. Grandi città sott’acqua. Ondate di caldo senza precedenti. Tempeste terrificanti. Diffuse carenze idriche. L’estinzione di un milione di specie di piante e animali. Questa non è finzione o esagerazione. È ciò che la scienza ci dice sarà il risultato delle nostre attuali politiche energetiche.
La mitigazione del cambiamento climatico, la preservazione degli ecosistemi e l’adattamento dei sistemi colturali per prevenire la fame di massa richiederanno uno sforzo interdisciplinare internazionale di enormi proporzioni, e la biologia vegetale sarà proprio al centro dell’azione. In quanto produttori primari, le piante forniscono habitat e cibo per il resto della biosfera. Sarà quindi necessaria la conoscenza dei fondamenti della fisiologia vegetale per realizzare interventi significativi negli ecosistemi chiave. Si prevede che modelli meteorologici estremi altamente variabili e mutevoli sconvolgeranno la produzione agricola globale. Lo sviluppo e l’adozione di approcci adattivi per realizzare un’agricoltura sostenibile a basso input sono ormai priorità ineludibili. Soprattutto, le piante svolgeranno un ruolo centrale nel raggiungimento dell’obiettivo globale di zero emissioni nette di carbonio. Sin dal Grande Evento di Ossigenazione circa 2,4 miliardi di anni fa, l’attività fotosintetica di piante, alghe e cianobatteri ha regolato la temperatura del pianeta attirando e sequestrando la CO2 atmosferica. Gli sforzi per ottenere una migliore efficienza fotosintetica, sequestro del carbonio e utilizzo dei nutrienti sono solo alcune delle numerose aree di ricerca in cui gli scienziati vegetali stanno già avendo un impatto. La nostra speranza è che gli studenti che studiano la fisiologia e lo sviluppo delle piante diventino contributori chiave negli sforzi volti a utilizzare la conoscenza della crescita e del funzionamento delle piante per creare nuove soluzioni per salvare il nostro pianeta.
Organizzazione
La settima edizione di Fisiologia e sviluppo vegetale continua gli sforzi all’interno della comunità della biologia vegetale per integrare la fisiologia e lo sviluppo vegetale come aree di apprendimento complementari e inseparabili in un testo coerente che fornisce una comprensione completa dei processi vegetali per studenti universitari e laureati di livello superiore. Con la disponibilità di Fondamenti di fisiologia vegetale, un libro di testo completo e rigoroso generato dagli stessi autori e rivolto a classi universitarie con risultati che includono meno genetica molecolare e biochimica, Fisiologia e sviluppo vegetale può concentrarsi su un pubblico studentesco in cui queste aree di competenze sono risultati di apprendimento importanti per le classi e i programmi. Il testo è organizzato in quattro unità per fornire un supporto all’apprendimento mentre gli studenti si muovono attraverso il materiale.
- È stata implementata una nuova Unità introduttiva I in quattro capitoli, Struttura e sistemi delle cellule vegetali, per garantire che tutti gli studenti inizino con un punto di partenza comune. L’Unità I è inoltre organizzata in modo da consentire di utilizzare i capitoli come materiale di riferimento mentre gli studenti affrontano gli argomenti dei capitoli successivi. Questa importante ristrutturazione consente anche di modernizzare l’insegnamento dei tradizionali argomenti fisiologici introducendo all’inizio del corso la genomica, la genetica molecolare, l’editing del genoma e i concetti di base della trasduzione del segnale. Tutti e quattro i capitoli forniscono importanti informazioni sui processi e sulle strutture che sono peculiari delle piante.
- L’Unità II descrive Trasporto e traslocazione di acqua e soluti in un formato aggiornato che migliora la comprensione degli studenti dei principi fisiologici di base.
- L’Unità III descrive Biochimica e metabolismo per fornire agli studenti una chiara comprensione di questi processi nelle piante. L’ultimo capitolo di questa sezione (Capitolo 15: Stress abiotico) descrive le risposte allo stress in un contesto che integra gli argomenti appresi nei capitoli precedenti per migliorare la comprensione generale prima di procedere allo studio dettagliato dei processi di sviluppo.
- L’Unità IV si concentra su Accrescimento e sviluppo delle piante. Questa unità accompagna il lettore attraverso le fasi dello sviluppo delle piante e culmina con un capitolo finale integrativo (Capitolo 24) che descrive le interazioni biotiche.
Novità in questa edizione:
- Inclusione di riquadri evidenziati che affrontano i cambiamenti climatici e argomenti di biotecnologia rilevanti per la fisiologia vegetale.
- Il Capitolo 15: Stress abiotico è stato proposto come strumento per assistere gli studenti nell’integrazione dei concetti appresi nelle prime tre unità del testo.
- Il tema dell’accrescimento vegetativo e dell’organogenesi viene ora affrontato in due capitoli. Capitolo 18: Accrescimento vegetativo e organogenesi: accrescimento primario della pianta si concentra sui meristemi e sullo sviluppo delle radici primarie, dei germogli e delle foglie. Il Capitolo 19: Accrescimento vegetativo e organogenesi: ramificazione e accrescimento secondario include sezioni aggiornate che descrivono lo sviluppo dell’architettura radicale, della funzione cambiale e della ramificazione epicormica.
- Il tema dell’embriogenesi è ora affrontato nel Capitolo 22, che segue immediatamente il Capitolo 21: Riproduzione sessuale: dai gameti ai frutti. Questa posizione consente di insegnare la materia insieme alla fecondazione e allo sviluppo dei semi o prima del Capitolo 17: Dormienza del seme, germinazione e formazione delle piantine.
- Il Capitolo 24: Interazioni biotiche è stato riformulato per integrare meglio i concetti di sviluppo con le prime tre unità del testo. Nuovo materiale sulle risposte delle piante agli erbivori e ai patogeni è stato ampiamente incorporato nel capitolo.
- Continua a includere gli sviluppi più recenti e importanti nella scienza delle piante a un livello di complessità appropriato per le lezioni di fisiologia vegetale del terzo e quarto anno.
- I leader del settore presentano la genomica avanzata, la selezione assistita molecolare e l’ingegneria del genoma vegetale con CRISPR e strumenti simili.
- La nomenclatura conservativa per geni, prodotti genetici, mutanti e fattori epigenetici è stata standardizzata in tutto il testo.
- Alla fine di ogni capitolo sono incluse letture suggerite concise. Gli autori dei nuovi capitoli, che sono leader nei rispettivi campi, apportano un maggiore senso di pertinenza al materiale presentato.