La germinazione è il processo nel quale il seme si “risveglia” dalla fase quiescente e l’embrione comincia a svilupparsi fino a formare una nuova plantula.
Si manifesta con l’emissione della radichetta e termina quando la pianta ha prodotto una superficie fotosintetica efficace.
LE FASI DELLA GERMINAZIONE
La germinazione può essere scissa in due fasi:
- Fase 1 biosintesi: l’acqua penetra nel seme e innesca una serie di attività enzimatiche che portano alla scissione delle riserve per renderle più assimilabili dalla plantula. Si ha la biosintesi di nuove proteine dopo pochi minuti dall’imbibizione (notevole attività ribosomiale). Dapprima agiscono le endopeptidasi e successivamente le esopeptidasi; le catene proteiche vengono scisse e gli amminoacidi risultanti vengono utilizzati tal quali oppure transaminati. Vengono sintetizzate nuove proteine enzimatiche che saranno utilizzate per scindere i polimeri delle riserve di amido.
- Fase 2: sviluppo della plantula fino alla completa autonomia. Prevalgono processi di sintesi, consumo di ossigeno a dieci ore dalla germinazione; dopo venti ore il consumo si stabilizza. Dopo 6 – 8 giorni viene raggiunta la massima attività amilasica con la scissione dell’amido I semi sono cellule particolari; hanno il 20% di acqua invece del 90% per cui i sistemi chimico-fisici risultano alterati. Perché avvenga la germinazione è necessaria la reidratazione (l’assorbimento di acqua è difficoltoso per la presenza dei tegumenti esterni); solo successivamente ci sarà lo sviluppo dell’embrione.
LE FASI DELLA REIDRATAZIONE DEI SEMI
La reidratazione dei semi avviene in due fasi
- Nella prima fase avviene l’imbibizione, dove il contenuto d’acqua del seme passa dal 20% al 60%. L’acqua entra perché si ricostituiscono i legami a idrogeno tra l’acqua e la cellulosa della parete cellulare, poi l’acqua si lega, sempre mediante legami a idrogeno, alle teste polari dei fosfolipidi di membrana e con i gruppi polari R degli aminoacidi delle proteine di membrana.
- Nella seconda fase c’è l’osmosi (il contenuto d’acqua del seme passa dal 60% al 98%) le membrane riprendono le loro funzioni dato che si sono ricostituite. L’acqua entra per osmosi dato che è presente una concentrazione di soluti elevata rispetto all’ambiente esterno.
LA TEMPERATURA
La temperatura è un fattore fondamentale. I semi non effettuano la fotosintesi, pochi hanno la clorofilla; quindi sono eterotrofi ed il loro metabolismo si basa sulla respirazione che avviene dopo almeno cinque ore circa dall’ingresso dell’acqua.
La respirazione delle piante è un po’ diversa da quella degli animali; nelle piante la respirazione controlla anche alcune vie metaboliche della cellula oltre a fornire energia.
I FATTORI AMBIENTALI CHE INFLUENZANO LA GERMINAZIONE
I fattori ambientali più importanti che influenzano la germinazione del seme sono:
- Temperatura (optimum a 25÷30°C)
- Acqua
- Ossigeno
LA GERMINABILITÀ DEL SEME
Germinabilità significa capacità di avviare la divisione dell’embrione da cui si avrà la nuova pianta; il seme quindi può assorbire acqua che scatena la respirazione ma l’embrione può anche non formarsi.
La potenziale germinabilità del seme è molto variabile; ci sono specie i cui semi non sono più attivi dopo 15 giorni anche se conservati benissimo (Acer e Salix), altri invece sono attivi anche dopo oltre diecimila anni (Lupinus articus). Quelli citati sono ovviamente casi estremi; il periodo di germinabilità media va dai sei mesi fino a qualche anno.
LA CONSERVABILITÀ DEI SEMI
Per conservare i semi è necessario lo stato secco. Bisogna evitare acqua anche allo stato di vapore per cui va usato gel di silice come agente disidratante.
Esistono semi il cui pericarpo è talmente impermeabile da impedire persino l’ingresso di acqua distillata; essi germinano solo al contatto col terreno dove le cere che costituiscono lo strato impermeabile vengono intaccate dai batteri; lo strato viene digerito in alcuni punti permettendo così all’acqua di penetrare all’interno del seme. Esistono semi a germinabilità lunga che si conservano meglio nell’acqua dove non arriva troppo ossigeno che può essere dannoso.
I FATTORI INIBITORI DELLA GERMINAZIONE
Fattori inibitori della germinazione possono essere:
- Presenza di sughero: è idrofobo perché la sugherina è costituita da acidi grassi e cere. Esiste però una piccola zona detta apertura strofiolare, munita di una escrescenza suberosa detta tappo strofiolare. Una particolare azione meccanica detta compressione può però determinare il distacco del tappo, permettendo l’ingresso dell’acqua.
- Inibitori chimici: interferiscono con il metabolismo. Alcuni semi contengono amigdalina che libera cianuro. Esso ha un effetto inibitorio sulla citocromo c ossidasi anche a concentrazioni bassissime.
- Acqua insufficiente: i semi delle piante desertiche germinano solo se ci sono piogge prolungate tali da dilavare le sostanze inibitrici, di solito rappresentate da eccessive quantità di sali minerali. I terreni salini sono poco adatti alle piante normali: in essi vivono bene le piante alofite. Anche l’ammoniaca inibisce la germinazione: sotto forma di ione ammonio entra velocemente nelle cellule attraverso i fosfolipidi della membrana cellulare.
- Acidi organici.
- Alcaloidi: sono molecole eterocicliche dove è presente l’azoto, come la caffeina o la nicotina.
- Acidoabscissico: ormone terpenico che deriva dalla scissione delle molecole carotenoidi. Blocca la germinazione di molti semi (forma anche il setto di abscissione nelle foglie, determinandone la caduta).
- Oliessenziali: possono essere terpeni e lipidi complessi.
I FATTORI STIMOLANTI LA GERMINAZIONE
Fattori stimolanti la germinazione sono:
- Le piogge
- I nitrati
- Sostanze simili a ormoni, come la tiourea
- Basse temperature (2-3 °C); per la germinazione è necessario un pretrattamento a basse temperature; poi il seme deve essere portato a 15-16 °C. Ciò accade soprattutto in semi che contengono poco amido e molti grassi; il trattamento con gli ormoni gibberelline e citochinine ha lo stesso effetto delle basse temperature. Evidentemente la bassa temperatura stimola la biosintesi degli ormoni che a loro volta stimolano la germinazione.
- Luce (semi fotoblastici): ci sono alcuni semi che per germinare hanno bisogno di luce, come alcune varietà di lattuga e piante infestanti a semi piccoli. Basta esporre i semi di lattuga anche per breve tempo (circa un minuto) e ad una luce a bassa intensità (una lampadina) per stimolare la germinazione. Più esattamente è la luce rossa a 660 nanometri; se invece dopo il trattamento a 660 nanometri se ne ripete un altro a 730 nanometri si ha l’inibizione della germinazione. Il pigmento fotosensibile è il fitocromo che è coinvolto anche in altri processi della pianta (fotomorfogenesi). I semi in cui l’azione della luce è ininfluente ai fini della germinazione sono detti afotoblastici.
I FATTORI ESSENZIALI PER LA GERMINAZIONE
L’innesco delle reazioni che portano alla formazione della radichetta e di tutti gli altri processi sono determinati in larga parte da due elementi principali: umidità e calore.
- L’UMIDITÀ
L’umidità è un fattore importante senza la quale il seme non può germinare. Quasi tutti i semi necessitano di condizioni di umidità relativamente alta, tuttavia tale livello non è uguale per tutti i tipi di seme.
L’acqua in realtà è il vero e proprio fattore di avvio dello sviluppo del seme. Una volta assorbita si attivano una serie di processi, che sono normalmente fermi nei semi a riposo.
Somministrando dell’acqua ad un seme quest’ultimo inizia ad assorbirla e a gonfiarsi aumentando il suo volume a volte anche di molto.
In seguito a questo fenomeno se le condizioni di temperatura sono ideali iniziano ad attivarsi alcuni enzimi, ovvero elementi energetici grazie ai quali si hanno una serie di trasformazioni chimiche che danno il via allo sviluppo del germoglio.
Grazie all’acqua e all’attivazione degli enzimi inizia lo sviluppo, tuttavia questi due fattori da soli non possono bastare per la formazione degli organi della plantula e per questo il seme contiene già tutti i nutrienti che permettono la formazione delle radici e delle prime foglioline dette cotiledoni.
- IL CALORE
La seconda caratteristica che determina lo sviluppo del seme è il calore. Ad una determinata temperatura si attivano i processi di germinazione. Le reazioni chimiche che avvengono nelle fasi di germinazione necessitano di una temperatura minima chiamata anche soglia di attivazione grazie alla quale hanno il via.
Come per altri fattori la temperatura minima e le varie soglie ovvero quella ideale (in cui il seme ha le massime probabilità di germinazione) e quella massima (oltre il quale il seme non germina) variano da specie a specie.
LE ALTRE CARATTERISTICHE
Tuttavia queste appena elencate non sono le uniche caratteristiche.
- Prima di tutto c’è da considerare la vitalità del seme, senza un seme vitale e capace di germinare non si può avere alcuna piantina o germoglio. Tornando alla vitalità del seme o al suo grado di germinabilità, esso viene espresso quasi sempre secondo una percentuale detta appunto percentuale di germinabilità. Sono parecchi i fattori che determinano questa percentuale, primo fra tutti le particolari caratteristiche della specie. Alcuni semi riescono a conservare la loro vitalità per centinaia di anni ammesso che le condizioni esterne rimangano invariate e non influenzino direttamente il seme.
- Anche l’ossigeno è importante, in assenza di esso nessun seme può germinare. Senza di esso la maggior parte delle reazioni chimiche non riescono ad avviarsi. Se l’ossigeno è presenti i processi chimici si attivano e grazie alla presenza di enzimi si trasformano in attività metaboliche. Il nutrimento presente nei semi è il carburante che permette alle attività metaboliche la generazione di nuovi tessuti, ciò rende il germoglio facilmente digeribile in quanto si è già verificata parte della scomposizione degli elementi. Tra queste fasi ad esempio c’è la trasformazione degli amidi, zuccheri complessi in zuccheri semplici come il glucosio, le proteine vengono scomposte in singoli aminoacidi.
- Un altro fattore di sviluppo è la luce, non è essenziale ma tuttavia nella maggioranza dei casi è la fonte primaria del calore di cui il seme necessita. La luce è molto importante però in tutte le fasi successive alle germinazione, regola i processi di sviluppo della pianta e prende parte nella fotosintesi. Già dalla formazione delle foglioline si ha l’avvio della fotosintesi e la produzione di clorofilla.
- Anche le condizioni ambientali in cui avviene la formazione del seme possono essere un fattore che determina la sua futura capacità germinativa. La conservazione determina in modo definitivo la riuscita del seme, se mal conservato potrebbero formarsi delle muffe che attaccherebbero la superficie assorbendo i nutrienti, oppure forte calore potrebbe far evaporare tutta l’acqua contenuta nei tessuti rendendo il seme sterile.
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