Propagazione sessuata delle piante: tutto ciò che c'è da sapere sui semi

La propagazione sessuata di una pianta avviene tramite la produzione di semi. Questo processo coinvolge gli organi riproduttivi della pianta (i fiori), il trasporto efficiente dei gameti maschili (il polline dagli stami del fiore) alla parte femminile del fiore (lo stigma) e la successiva fecondazione della cellula uovo. Se tutte le condizioni sono raggiunte, si produrrà un frutto e/o uno o più semi. Oltre a essere fondamentali per la riproduzione sia nelle angiosperme sia nelle gimnosperme, i semi di molte specie coltivate sono anche una fonte di cibo essenziale (ad esempio i cereali, come il grano, il riso e il mais, o i legumi) e sono l'unico materiale di propagazione utilizzabile nei programmi di miglioramento genetico per creare e perfezionare le varietà vegetali.

Nota: generalmente, quando parliamo di semi, intendiamo quelli botanici prodotti dalla fecondazione dei fiori di una pianta (es. i chicchi di grano e mais). Tuttavia, in agricoltura, altre parti della pianta usate per la propagazione sono definite "semi agricoli", come i tuberi di patata e le talee di canna da zucchero. In questo articolo ci concentreremo solo sui veri semi botanici, che sono il risultato della riproduzione sessuata delle piante.

Anatomia di un fiore

Sebbene l'aspetto e la struttura di un fiore possano variare notevolmente, la maggior parte di essi è composta dalle seguenti parti:

Petali, sepali e peduncolo.
La parte femminile: il pistillo (composto da stigma, tubo pollinico, stilo e ovario con l'ovulo).
La parte maschile: lo stame (composto dalle antere, che contengono i granuli di polline o gameti maschili, e dai filamenti).

Cosa sono le piante monoiche e dioiche?

Tutte le specie vegetali appartengono a una di queste due categorie, in base alla disposizione dei loro organi riproduttivi.

Monoiche: in questa categoria rientrano le piante che portano fiori maschili e femminili sulla stessa pianta, oppure quelle con fiori ermafroditi.

Ermafrodite o autogame: si tratta di fiori (o piante) che hanno sia gli organi riproduttivi maschili che quelli femminili in un unico fiore.

Dioiche o allogame: in questa categoria rientrano le specie vegetali i cui fiori portano solo organi riproduttivi maschili o femminili. Queste piante hanno bisogno della presenza di piante maschio e femmina compatibili che crescano a breve distanza l'una dall'altra, che fioriscano contemporaneamente e che sia presente un impollinatore efficiente per trasferire il polline dalla pianta maschio a quella femmina.

Varietà ibride e a impollinazione libera

La maggior parte degli agricoltori sa che uno dei fattori principali che influenzano la resa di una coltura è la varietà scelta e la qualità del materiale di propagazione utilizzato. Una varietà è un insieme di individui che appartengono alla stessa specie, strettamente correlati tra loro e che formano una popolazione fenotipicamente abbastanza uniforme. La sua caratteristica principale è proprio l'uniformità, che riguarda la germinazione, il tasso di crescita, il tempo di maturazione e le qualità del prodotto finale. Oggi, la maggior parte delle varietà delle colture più importanti, propagate per seme, rientrano nelle seguenti categorie.

Varietà a impollinazione libera

Gli individui di queste varietà sono il risultato di una libera impollinazione incrociata tra un gruppo di piante. Pur avendo raggiunto un buon livello di uniformità, la popolazione è composta da individui geneticamente diversi. Il vantaggio di queste varietà è la loro maggiore adattabilità e resilienza, proprio grazie alla diversità genetica. Per questo motivo, sono preferite nei sistemi a basso input e sono generalmente più tolleranti agli stress (soprattutto quelli abiotici). Inoltre, consentono la produzione di semi in azienda, ovvero l'agricoltore può raccogliere e conservare una parte dei semi prodotti in una stagione per utilizzarli come materiale di propagazione l'anno successivo.

Ibridi (ibridi F1) - Cosa sono gli ibridi vegetali?

Dopo la rivoluzione verde degli anni '60, l'attenzione di agricoltori e breeder si è concentrata sull'aumento delle rese agricole a livello globale. In questo contesto, la creazione di nuove varietà ibride ad alta resa ha giocato (e gioca ancora) un ruolo essenziale. Gli ibridi (F1) sono la prima generazione di progenie che deriva dall'incrocio di due piante genitori inbred (omozigoti per i geni di interesse) che differiscono tra loro per molti caratteri. Questo incrocio controllato tra piante genitori attentamente selezionate produce una progenie con prestazioni superiori (biomassa, resa, ecc.) a quelle di entrambe le piante genitori (questo fenomeno è chiamato eterosi). Gli ibridi F1 (prima generazione) sono geneticamente identici, ma ciascuno è eterozigote per i caratteri di interesse. Questa popolazione di piante geneticamente identiche è di solito superiore in termini di uniformità e prestazioni rispetto a una varietà a impollinazione libera, ma manca di resilienza. Ciò significa che in caso di un'epidemia (a cui gli ibridi non sono resistenti) o di uno stress abiotico, come una siccità prolungata (a cui gli ibridi non sono tolleranti), c'è un alto rischio di perdite di resa significative, o addirittura del fallimento del raccolto. Inoltre, quando si usano varietà ibride, gli agricoltori non possono raccogliere e utilizzare i semi prodotti come materiale di propagazione per l'anno successivo, poiché la generazione successiva avrà caratteristiche molto diverse e inferiori rispetto agli ibridi. Di conseguenza, sarà necessario acquistare ogni anno i semi necessari da un venditore certificato.

Frutti: tipi di semi, struttura e classificazione

Dopo la fecondazione di un fiore, l'ovario (o altre parti del gametofito femminile) si sviluppa in un frutto, che di solito racchiude i semi. Tuttavia, la fecondazione del fiore non è sempre necessaria per la produzione del frutto (partenocarpia). La partenocarpia è un carattere molto interessante per molte specie orticole come banane, uva, ananas, pomodori, ecc. Questi frutti non contengono semi o ne contengono di non vitali. La partenocarpia può verificarsi in uno dei seguenti tre modi:

Non è avvenuta l'impollinazione.
Il fiore è stato impollinato, ma non c'è stata fecondazione dell'ovario.
Sia l'impollinazione sia la fecondazione sono avvenute con successo, ma l'embrione e il seme sono stati abortiti.

Esistono tre tipi principali di frutti, a seconda del numero di fiori e ovari coinvolti nella loro formazione:

1. Frutti semplici e frutti accessori (es. fagioli, noci, mele, pesche, pomodori, uva, arance, ecc.). I frutti semplici possono essere carnosi o secchi. I frutti secchi si suddividono ulteriormente in deiscenti e indeiscenti in base al modo in cui rilasciano i loro semi. Nei frutti deiscenti, i semi vengono rilasciati nell'ambiente quando il frutto matura e si apre naturalmente (ad esempio, i baccelli nei legumi). Quando i semi non vengono rilasciati, la specie è classificata nella categoria degli indeiscenti (es. cereali come cariossidi, girasole come acheni, mandorle come noci, ecc.). I frutti carnosi sono ulteriormente suddivisi in:

Drupe (es. noci, ciliegie)
Bacche (es. uva, banane)
Pomi (es. mele)

2. Frutti aggregati (es. fragole e lamponi)

3. Frutti multipli o collettivi (es. ananas, fichi)

L'anatomia di un seme e i diversi tipi di semi

Struttura del seme

Il seme è costituito da tre componenti principali:

L'embrione, che comprende i cotiledoni (uno o più di uno; nelle monocotiledoni, il cotiledone è chiamato anche scutello), l'epicotile e l'ipocotile, la piumetta (che diventerà il fusto) e la radichetta (la prima radice).
L'endosperma (o perisperma).
Il tegumento (o testa).

I semi possono variare enormemente per dimensioni, forma, aspetto e struttura. Un seme può essere classificato in diverse categorie in base a specifiche caratteristiche. La classificazione più comune si basa sul numero di cotiledoni per seme e forma tre categorie principali:

Monocotiledoni (es. specie erbacee come grano, riso, ecc.), che hanno un singolo cotiledone.
Dicotiledoni (o eudicotiledoni) (es. patata, mango, pera, ravanello, fagiolo, tabacco, ecc.), che hanno due cotiledoni.
Policotiledoni (es. pino e altre gimnosperme), con più di due cotiledoni.

Acquisto, raccolta e conservazione dei semi

Se i semi devono essere usati come materiale di propagazione, possono essere acquistati da un venditore certificato o raccolti dalla coltura precedente. Un agricoltore che sceglie la prima opzione ha importanti vantaggi:

purezza e tracciabilità della varietà
buona vitalità e tasso di germinazione (uniforme e rapida)
semi sani, privi di parassiti e agenti patogeni
maggiore scelta (varietà a impollinazione libera, ibridi F1, ecc.)
in alcuni casi, i semi possono essere trattati per offrire una protezione extra contro patogeni e parassiti durante le prime fasi e/o per facilitare la semina (es. con macchinari)

Semi trattati e rivestiti

Il rivestimento dei semi è una pratica comune per molti semi venduti in commercio. I semi sono coperti da materiali esterni che possono includere una miscela di nutrienti, pesticidi, fungicidi, rizobi, ecc. L'obiettivo principale è facilitare la semina, rendendo i semi più lisci e più grandi, evitando che si ammassino, aiutando gli agricoltori a vederli sul terreno e offrendo un migliore contatto tra il seme e il suolo. Inoltre, questo rivestimento crea un microambiente favorevole attorno al seme, stimolando la germinazione. In particolare, i rivestimenti dei semi di solito favoriscono un migliore assorbimento dell'acqua. Questa è una caratteristica particolarmente essenziale quando i semi vengono piantati in condizioni sfavorevoli (terreni freddi e meno umidi).

Esistono tre tipi principali di rivestimento dei semi:

concia (i semi sono coperti con una serie di fungicidi per controllare le malattie trasmesse dal suolo o evitare infezioni nei semi conservati).
rivestimento con film sottile (per applicare coloranti, nutrienti, pesticidi, ecc.).
pellettatura (l'obiettivo principale è aumentare le dimensioni del seme e renderlo tondeggiante per facilitare la semina meccanica. Anche in questo caso, coloranti, nutrienti e pesticidi possono essere inclusi negli strati del rivestimento).

Il principale svantaggio dell'acquisto di semi sul mercato è il costo più elevato e il fatto che deve essere fatto annualmente.

Se un agricoltore coltiva una varietà a impollinazione libera o una popolazione locale che produce semi vitali, può scegliere di raccogliere e conservare alcuni semi per usarli come materiale di propagazione per la stagione successiva. La conservazione dei semi è una pratica molto comune tra i piccoli agricoltori e ha un successo maggiore nelle specie a impollinazione autonoma, come i fagioli e i pomodori. In tutti i casi, è essenziale raccogliere solo semi sani e non danneggiati, pulirli e conservarli correttamente per un periodo di tempo specifico (a seconda del tipo di seme e della specie). I semi devono essere puliti da corpi estranei e asciugati prima di essere conservati.

La priorità numero uno nella conservazione dei semi è mantenere la loro vitalità, in modo che germinino una volta seminati. È importante tenere presente che i semi secchi, come quelli di grano, mais e fagioli, possono essere conservati più a lungo rispetto ai semi di fiori e ortaggi. In generale, i semi dovrebbero essere conservati in luoghi asciutti (30% di umidità relativa), freschi (1,6-10 °C) e bui. È meglio conservarli in buste di carta, barattoli di vetro sigillati (o altri contenitori ermetici), sacchetti di stoffa o scatole di cartone. Evita sempre di tenere i semi ammassati, poiché ciò riduce l'aerazione e può aumentarne la temperatura. Ricorda che la vitalità dei semi diminuisce nel tempo, indipendentemente dalla specie e dalle condizioni di conservazione. Se un seme deve essere conservato per periodi molto lunghi, si consiglia di verificarne la vitalità di tanto in tanto.

Vitalità del seme - Test di germinazione

Per verificare se i semi conservati sono ancora vitali, si può eseguire un test di galleggiamento o di germinazione. Il test di galleggiamento serve a controllare approssimativamente la vitalità dei semi di alcune specie (quelli non vitali galleggiano). Tuttavia, il test di germinazione è più accurato e adatto a un maggior numero di specie vegetali. Un metodo facile e comune è descritto di seguito:

Scegli 10-20 semi dal tuo stock conservato (prendi un campione rappresentativo).
Mettili su un tovagliolo di carta umido (fai attenzione a non usare troppa acqua, perché i semi potrebbero marcire). I semi devono anche essere puliti.
Piega il tovagliolo e sigillalo in un sacchetto di plastica, idealmente trasparente (per mantenere l'umidità).
Lascia il sacchetto in un'area calda (temperatura ambiente = 20-25 °C) per alcuni giorni. La luce solare non è sempre necessaria per la germinazione, ma in alcuni casi può facilitarla. A seconda della specie, i semi potrebbero iniziare a germinare dopo 3-7 giorni o, in casi particolari, questo processo potrebbe richiedere più di un mese.
Tieni traccia del momento e del numero di semi che germinano. Questo ti darà una prima indicazione della vitalità. A seconda della specie, ci sono requisiti diversi riguardo al tasso di germinazione. Nella maggior parte delle specie coltivate, un tasso del 70-90% è considerato soddisfacente. Naturalmente, affinché i semi germinino, deve prima essere superata la loro dormienza.

Rottura della dormienza - Fattori che influenzano la germinazione dei semi

I semi maturi sono solitamente "quiescenti" o "dormienti". Ciò significa che, sebbene l'embrione sia maturo e vivo (vitale), rimane inattivo finché le condizioni non sono favorevoli e la germinazione non viene avviata. La dormienza può essere regolata dall'ambiente (es. mancanza di acqua, basse temperature, ecc.) o da alcuni processi o sostanze interne (es. sostanze inibitorie nel tegumento, tegumento difficile da penetrare, ecc.). Per superare la dormienza dovuta al tegumento, una pratica comune è rompere o rimuovere meccanicamente il tegumento o una sua parte (scarificazione). Per i semi più piccoli, il trattamento con acqua calda può essere più efficace. Anche un lavaggio accurato dei semi con acqua pulita e corrente può funzionare in alcuni casi. D'altra parte, superare la dormienza interna dei semi è un processo più complicato. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, questo stato può essere superato esponendo i semi dormienti alla stratificazione a freddo o alla refrigerazione umida.

Di conseguenza, i fattori che influenzano la germinazione dei semi sono:

L'acqua e l'umidità (possono avviare la germinazione).
La luce (a seconda della specie, può avviare o inibire la germinazione).
La temperatura (a seconda della specie, questo valore può variare molto, ma di solito ci sono livelli di temperatura minimi, massimi e ottimali per la germinazione di ogni specie. Solitamente, una temperatura compresa tra 18 e 24 °C è considerata adatta alla germinazione. Per alcune specie coltivate come erba medica, trifoglio dolce, lattuga, spinaci e grano, la germinazione può essere avviata anche a temperature molto basse (1-4 °C). Tuttavia, più la temperatura ambientale e del suolo si allontana da quella ottimale, più tempo impiegherà il seme a germinare e maggiore sarà il rischio di danni al seme e alla piantina).
L'ossigeno, necessario durante la germinazione, poiché il ritmo della respirazione del seme aumenta gradualmente.

Riferimenti

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https://crfg.org/wp-content/uploads/PLANT-PROPAGATION-2017-Presentation.pdf
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