AEROBIOLOGIA

CAMPIONATORE, ELABORAZIONE VETRINI, CALENDARI POLLINICI

L’aerobiologia è una giovane scienza che si occupa dello studio delle particelle aerodiffuse, soprattutto dei pollini. Le particelle aerodiffuse sono di origine biotica (viventi) ed abiotica (non viventi). Il metodo di campionamento pollinico si basa sul macchinario del pollen trap, detto anche campionatore volumetrico. È un macchinario in metallo leggero, materiale che non subisce corrosione dai fenomeni atmosferici. Si posa su edifici alti\terrazzi, non ci devono essere ostacoli vicino perché ci deve essere un buon passaggio delle correnti d’aria. Il macchinario presenta un corpo centrale, formato da una aletta parapioggia, una banderuola ed una fenditura rettangolare di 12x14 mm. La banderuola permette il posizionamento controvento di tutto il corpo centrale, per avere un miglior ingresso di aria. Sotto la fenditura è presente una vite di regolazione del flusso d’aria che deve essere un flusso costante e continuo di 10 litri al minuto, come il respiro di una persona sana. Dentro al corpo centrale è presente il tamburo di deposizione delle particelle aerodiffuse, che presenta un diametro di 110 mm. Sul tamburo c’è un nastro di plastica trasparente in cui ci si deve deporre una sostanza appiccicosa di silicone al tetracloruro di carbonio, sostanza tossica ma ottima per avere una perfetta adesione, anche perché le sue proprietà fisico chimiche sono stabili in un ampio range di T°: da -20 a +125 C°. Il nastro si cambia ogni 7 giorni per fare l’analisi dei pollini, e ruota grazie ad un congegno ad orologeria a 2 mm\h. Infine, sotto il tamburo si trova la pompa aspirante.

Al fine del campionamento, dopo 7 giorni apro il corpo centrale posto all'apice grazie ad un maniglione e cambio il nastro.

In laboratorio stendo il mio nastro e taglio i vari frammenti corrispondenti ai singoli giorni: 1 giorno = 2x24 = 48 mm. Questa operazione di “taglio” la faccio con il cutting blot.

Avuti i miei 7 frammenti, li metto sui vetrini e li ricopro con la Fucsina Basica, allo scopo di identificare i pollini, la cui parente assorbe la fucsina colorandosi di rosa. Analizzo i vetrini al Microscopio Ottico (M.O.) con una lettura a strisce continue.

In questo modo determino la presenza di vari pollini nelle diverse ore del giorno. La concentrazione pollinica è indispensabile per creare i Calendari Pollinici, molto usati nel campo dell’allergologia. Presentano l’asse X e Y, in cui nell’asse delle ascisse ci sono i giorni\mesi dell’anno, mentre sull’asse delle ordinate sono riportate le concentrazioni polliniche di un determinato taxa. I calendari cambiano di anno in anno, dipende dalle condizioni climatiche.

LE SPERMATOFITE

Come dice il nome, sono le “piante a seme”. Comprendono le Angiosperme e le Gimnosperme. Sono piante eterosporee, ovvero hanno sia le macrospore che le microspore. Hanno un ciclo ontogenetico aplodiplonte, detto anche meiosi sporica, ciclo tipico delle piante. In questo ciclo riproduttivo si hanno individui diploidi (2n) ed aploidi (n) che hanno entrambi la capacità di riprodursi. Si parte dalla spora che è aploide, per mitosi produce il gametofito M e F che a sua volta produce i gameti M e F che, facendo la gamia, producono l’embrione ovvero lo zigote (2n). Lo zigote per meiosi forma lo sporofito (2n) e la sua mitosi produce le spore (n) ed il ciclo riinizia.

GIMNOSPERME

Sono le piante arboree, non presentano fiori, non hanno l’ovario ed i loro ovuli sono nudi o parzialmente nudi. Esse hanno una impollinazione anemofila (con il vento) perché appunto non hanno fiori vistosi\profumati che attirano gli insetti pronubi. Il Ginkgo ed il Taxus hanno gli strobili M che sono amentiformi penduli, mentre tutte le altre Gimnosperme hanno gli strobili M che sono in foglie leggere che hanno i microsporofilli, che a loro volta contengono 2 o più sacche polliniche. Gli strobili F invece hanno i macrosporofilli, e sono le squame, volgarmente chiamate PIGNE. Gli strobili F originano piante a Gimnospermia totale, come Cycas e Ginkgo, che hanno gli ovuli totalmente nudi, infatti presentano 3 tegumenti; e piante a Gimnospermia compensata che hanno le squame che coprono parzialmente gli ovuli (come la Pigna, il seme è un po' coperto dalle squame della pigna).

ANGIOSPERME

Completamente differenti dalle Gimnosperme, le Angiosperme sono le piante a fiore, hanno l’ovario che si chiama Gineceo, che è il Pistillo; quindi l’ovulo è protetto. Presentano una impollinazione zoofila, alcune specie anemofila. il fiore può essere completo, incompleto, ermafrodita o unisessuale. Un fiore completo presenta i sepali che hanno la funzione di protezione per gli ovuli, i petali che hanno funzione vessillatoria per gli insetti, androceo che è lo stame, la parte maschile del fiore formato da filamento e antera, e gineceo che è il pistillo, formato da stimma, stilo e ovario. L’ovulo delle Angiosperme presenta due tegumenti che avvolgono la nocella, in cui è presente il micropilo. Il polline va nello stimma compatibile e germina emettendo il tubetto pollinico. Il polline così attraversa lo stilo e si reca nel sacco embrionale, che è il gametofito F (le Gimnosperma invece hanno come gametofito F l’endosperma primario). Il granulo pollinico, nel sacco embrionale, svolge una doppia fecondazione perché è binucleato, ovvero presenta un nucleo vegetativo ed un nucleo generativo che quest’ultimo contiene due gameti M responsabili di questo fenomeno. Le Spermatofite F hanno la nocella che, dopo varie meiosi, produce 4 macrospore di cui 3 muoiono ed 1 rimane viva, fa la mitosi e produce il macrogametofito che come detto poc’anzi, nelle Gimnosperma è l’endosperma primario e nelle Angiosperma è il sacco embrionale e quest’ultimo contiene 8 cellule: 3 al polo superiore, 3 al polo inferiore in cui c’è anche l’oosfera e 2 al centro. La doppia fecondazione avviene perché un gamete feconda l’ovulo e forma lo zigote, mentre l’altro feconda i nuclei polari (al centro) formando l’endosperma secondario delle Angiosperma che ha funzione di nutrizione per l’embrione.

ONTOGENESI POLLINICA

Il polline è il microgametofito M immaturo, presenta 2 o 3 nuclei e si differenzia nelle sacche polliniche. Le sacche polliniche sono gli strobili M, ovvero sono gli organi M di riproduzione e nelle Angiosperme sono gli stami, mentre nelle Gimnosperme sono i microsporofilli.

Facendo riferimento alle Angiosperme, le sacche polliniche sono nell’antera,

suddivisa in due teche tenute assieme dal connettivo che è una parte sterile, e sono presenti due sacche polliniche per ogni teca, per un totale di quattro sacche polliniche. Le sacche polliniche si aprono per deiscenza dell’antera. Inoltre possiamo vedere che nelle sacche polliniche ci sono cellule più grandi di altre, che fanno la mitosi e producono il tessuto archesporiale da cui si origina il tappeto ed il tessuto sporigeno. Poi le cellule che andranno a fare la meiosi sono le cellule madre delle microspore, in cui all'inizio sono tutte vicine formando un unico sincizio ma dopo un po' sono separate perché ci si deposita il callosio. Ogni singola cellula madre delle microspore produce 4 microspore uninucleate che sono insieme in una tetrade chiusa dal callosio. Ogni microspora deposita fuori dal suo plasmalemma la Primexina, precursore dell’Esina. Dopo la tetrade si dissolve grazie all’enzima della callasi prodotto dal tappeto, così qui entra in gioco il tappeto che spruzza sulle microspore i carotenoidi e gli esteri di carotenoide, ovvero la sporopollenina, così si forma definitivamente l’esina. Importante è dire anche che l’antera è pluristratificata e presenta l’esotecio, con cellule piccole con parete sottile responsabili dello svuotamento del loro contenuto quando sono mature, 1\2 strati intermedi non sempre presenti, l’endotecio, con cellule grandi con la parete spessa che grazie ai loro movimenti di curvatura favoriscono l’apertura dell’antera, ed infine il tappeto, lo strato più interno e più importante perché ha funzioni di nutrizione per le microspore e per il polline nel suo sviluppo, inoltre spruzza la sporopollenina per formare l’esina, ricopre il polline di trifine (pollen kit) per renderlo più appiccicoso per gli insetti pronubi (impollinatori), secerne l’enzima della callasi ed infine le cellule del tappeto in degenerazione formano proteine sporofitiche e masse lipidiche che avvolgono il polline con un sottile velo per renderlo ancora più resistente in atm e poi produce anche corpi di sporopollenina chiamati Orbicoli o Corpi di Ubisch, che avendo la stessa carica dell’esina, aiutano il polline a uscire meglio dall’antera.

LO SPORODERMA

Il polline è coperto dallo sporoderma, formato da esina ed intina. L’esina è lo strato più esterno, ha origine sporofitica perché formato dal tappeto. L’esina ha vari strati, la nexina 1, nexina 2 e sexina. La nexina 2 è depositata in modo tangenziale, diversamente dalla nexina 1 che è depositata in modo radiale come la sexina. La sexina presenta le sculturazioni, le architetture dell’esina che caratterizzano i pollini. Nella sexina troviamo le columelle che sorreggono il tetto, che a sua volta può presentare delle sculturazioni come le echine. Se il tetto non è presente, le columelle prendono il nome di bacule. L’esina è lo strato più resistente in natura, nemmeno gli acidi la sciolgono. L’intina invece è lo strato interno, si trova tra il plasmalemma e l’esina. Ha origine gametofitica perché è generata dal DNA del polline, “da dentro”. È formata da cellulosa, emicellulosa e callosio. Non è uno strato uniforme perché è più spessa nei luoghi in cui non è presente l’esina, ovvero nelle aperture, e spesso forma gli Onci che sono ispessimenti dell’intina, a differenza degli Arci che sono ispessimenti dell’esina. Inoltre l’esina assorbe la fucsina basica colorandosi di rosso, mentre l’intina no, rimane trasparente. Comunque il polline contiene proteine sia di origine sporofitica che gametofitica, proteine, enzimi, glicoproteine responsabili del riconoscimento con la sua “compagna femmina” che presenta delle strutture adatte a riconoscere il polline della stessa specie, per far avvenire la fecondazione. Queste proteine infine, sono le responsabili delle allergie, infatti le pr sporofitiche scatenano reazioni in pochi secondi, mentre quelle gametofitiche le scatenano in pochi minuti.

MORFOLOGIA POLLINICA

La morfologia pollinica è specie specifica, tutto grazie alla sexina che è lei che presenta le architetture\sculturazioni\ornamenti. Per riconoscere i pollini ci si basa sul raggruppamento (monadi, diadi, tetradi, poliadi); la polarità dove sono presenti i granuli apolari in cui non distinguo i due emisferi ed un asse equatoriale perché il polline è troppo sferico, eteropolare quando i due poli sono diversi ed è il classico esempio del polline a forma di pera, ed isopolari in cui presentano i due poli ed un asse equatoriale. Importante è distinguere la visione del polline al MO perché il polline, in base a come si deposita sul vetrino, presenta una visione polare in cui vedo il polo ed è la visione migliore per vedere il numero di aperture presenti; l’altra invece è la visione equatoriale che mi permette di distinguere che tipo di aperture sono (se pori o colpi), vedo il polline un po' oblato e non sferico come nella visione polare, inoltre con tale visione riesco a misurare la lunghezza dell’asse polare e del diametro equatoriale. Altra cosa importante è la simmetria, dove il polline può essere a simmetria radiale o bilaterale; le dimensioni in cui i pollini più piccoli sono i pollini di graminacea e misurano 6 micron, mentre i pollini aerodiffusi più grandi arrivano fino a 200 micron; la forma che può essere sferica se il rapporto tra asse polare P e diametro equatoriale E è uguale a 1, prolata se è maggiore di 1 ed oblato se è minore di 1. Poi ci sono le aperture, che sono parti mancanti dell’esina, quindi è una parte della parete che non si colora di rosa e bisogna far molta attenzione a non scambiarle con gli aperturoidi che sono assottigliamenti dell’esina. I pollini senza aperture sono inaperturati. Le aperture possono essere pori se il rapporto tra lunghezza e larghezza è minore di 2, oppure colpi se il diametro tra lunghezza e larghezza è maggiore o uguale a 2. È possibile avere entrambe le aperture, che formano il polline colporato. Se le aperture sono attorno all’equatore, si dice zono, mentre se sono sparse a caso per il polline si dice panto. Molto importante è il sistema NPC = numero di aperture, posizione delle aperture, caratteristica delle aperture, che viene espressa con 3 numeri, es: 544 = penta – zono – porato.

Inoltre, anche l’esina e l’intina si modificano vicino alle aperture, formando:

costa = l’esina è più spessa vicino ai pori;

vestibolo = nexina e sexina si separano formando una Y;

anulus = manca la nexina sotto la sexina;

opercolo = l’esina fa da tappo sull’apertura polare.

Se la superficie vicino all’apertura rimane costante, si dice che è un colpo senza margo; mentre se la superficie si sfalda e si rimpicciolisce sempre di più fino a scomparire vicino all’apertura, si dice colpo con margo.

Infine, ci sono le sculturazioni che sono sull’esina, soprattutto sulla sexina. Possiamo avere columelle se sorreggono il tetto, se no si dicono bacule. Possono esserci echine (spine), gemme, verruche, clave. Alcuni granuli presentano un reticolo. Comunque, per vedere meglio le sculturazioni, devo sfochettare bene con il MO e se sono fuori fuoco, ovvero se “vedo il polline da sopra”, gli elementi sporgenti mi appaiono chiari e quelli infossati scuri; mentre se mi metto a fuoco quindi “vado più sotto a livello del polo”, vedo gli elementi che sporgono neri e quelli infossati bianchi. Questo è un ottimo modo per vedere bene le sculturazioni al MO e la tecnica è la Lux Obscuritas Analisi. Posso, se no, vedere bene le sculture al SEM.

POLLINE BIOINDICATORE

Il polline è un ottimo bioindicatore per testare la qualità dell’aria ed anche lo stato della pianta madre. Per quanto riguarda la pianta che lo libera, più la pianta è vecchia e grande, più il polline tende ad essere abortito (non presenta il citoplasma, non è vitale). Invece per quanto riguarda le condizioni atm, ci sono piante che risentono molto degli inquinanti, come il pino, ed altre invece che ne risentono veramente pochissimo grazie al loro metabolismo molto veloce, come la parietaria muralis. Comunque sia, è stato rivelato che la percentuale di vitalità pollinica decresce con l’aumento del traffico veicolare.