Fiji e modelli 3D del sistema vascolare delle foglie: determinazione del profilo dell’estensione della guaina del fascio

di Mario Pa­ga­no, Paolo Va­len­ti­ni

In­tro­du­zio­ne

La co­no­scen­za della strut­tu­ra del si­ste­ma va­sco­la­re delle fo­glie, oltre ad es­se­re es­sen­zia­le per un sup­por­to mec­ca­ni­co della me­de­si­ma, può gio­ca­re anche un ruolo cru­cia­le nel­l’ef­fi­cien­za della fo­to­sin­te­si (Bro­dribb et al., 2007; Sack et al., 2013). Uni­ta­men­te a que­sto punto, un aspet­to di primo piano nel­l’a­na­to­mia della fo­glia è ri­ve­sti­to anche dal­l’e­sten­sio­ne della guina del fa­scio (BSE – Bund­le Shea­th Ex­ten­sion).

Tale area ana­to­mi­ca, de­fi­ni­ta come esten­sio­ne delle cel­lu­le della guai­na che sono di­spo­ste con­cen­tri­ca­men­te in­tor­no alle ve­na­tu­re (Mc­Clen­don, 1992), è stata re­cen­te­men­te co­niu­ga­ta ad al­cu­ni aspet­ti fi­sio­lo­gi­ci di par­ti­co­la­re ri­lie­vo per le fo­glie. In­fat­ti, come evi­den­zia­to in studi re­cen­ti, la “BSE” è coin­vol­ta nei se­guen­ti aspet­ti: as­sor­bi­men­to della luce; con­dut­tan­za idrau­li­ca; con­trol­lo sto­ma­ti­co; sup­por­to bio­mec­ca­ni­co, dis­si­pa­zio­ne del ca­lo­re (Lee­good 2008; Grif­fi­ths et al. 2012; Sack et al. 2013; Sha­til-Co­hen et. al 2011, Pan­tin et al. 2013; Pa­ga­no et al., 2015). In que­st’ot­ti­ca, una sua de­ter­mi­na­zio­ne tra­mi­te tec­no­lo­gie in­for­ma­ti­che, in grado di evi­den­ziar­ne tri­di­men­sio­nal­men­te il suo pro­fi­lo, può es­se­re di aiuto nel­l’in­ve­sti­ga­re il ruolo di que­ste cel­lu­le nelle dif­fe­ren­ti con­di­zio­ni am­bien­ta­li in cui le pian­te sono col­ti­va­te.

Ma­te­ria­li e me­to­di

Come spe­cie mo­del­lo è stata uti­liz­za­ta Vitis vi­ni­fe­ra (L.) (cv San­gio­ve­se). Le im­ma­gi­ni delle fo­glie sono state ac­qui­si­te di­ret­ta­men­te sulla pa­gi­na fo­glia­re, uti­liz­zan­do una fo­to­ca­me­ra EOS 700D (Canon, Giap­po­ne) equi­pag­gia­ta con un obiet­ti­vo macro EF 100 mil­li­me­tri f/2,8 (Canon, Giap­po­ne).

L’ac­qui­si­zio­ne di­gi­ta­le dei cam­pio­ni è stata ese­gui­ta di­vi­den­do l’a­rea della fo­glia in qua­dran­ti. Le im­ma­gi­ni sono state ela­bo­ra­te at­tra­ver­so l’uso del soft­ware Fiji ver­sio­ne 1,50 (http://​fiji.​sc/​Fiji), men­tre con l’au­si­lio del­l’ot­ti­ca macro sono stati ef­fet­tua­ti degli in­gran­di­men­ti delle por­zio­ni di la­mi­na ri­te­nu­te più in­te­res­san­ti per la rea­liz­za­zio­ne di mo­del­li 3D. Il mo­del­lo 3D è stato rea­liz­za­to uti­liz­zan­do il me­de­si­mo soft­ware.

Ri­sul­ta­ti e di­scus­sio­ne

Dalla rie­la­bo­ra­zio­ne delle im­ma­gi­ni ac­qui­si­te è emer­sa la po­ten­zia­li­tà del soft­ware Fiji nella ca­rat­te­riz­za­zio­ne mor­fo­lo­gi­ca della rete ve­no­sa in una va­rie­tà da uva da vino. Il mo­del­lo 3D della por­zio­ne di rete idrau­li­ca in­ve­sti­ga­ta ha con­sen­ti­to di evi­den­zia­re, in una veste nuova, il ruolo della “BSE” nel di­se­gno com­ples­si­vo della la­mi­na fo­glia­re. Nella fi­gu­ra 1 sono rap­pre­sen­ta­ti due mo­del­li tri­di­men­sio­na­le, ot­te­nu­ti con i “tools” di­spo­ni­bi­li con Fiji, della por­zio­ne di la­mi­na fo­glia­re in­ve­sti­ga­ta. Par­ten­do da si­ni­stra verso de­stra, il pro­ces­so di “ima­ging” an­no­ve­ra, oltre alla scel­ta del cam­pio­ne da ri­pro­dur­re (A), una ri­pro­du­zio­ne vir­tua­le del “solco” pro­dot­to dalla pre­sen­za della BSE (B) e una raf­fi­gu­ra­zio­ne con uno spet­tro ter­mi­co vir­tua­le del­l’in­te­ra im­pron­ta di­gi­ta­le della la­mi­na fo­glia­re. Lo spet­tro ter­mi­co vir­tua­le può ri­ve­lar­si utile anche per sti­ma­re la di­stri­bu­zio­ne del ca­lo­re su tutta la fo­glia.

Un’al­tra fun­zio­ne in­te­res­san­te di Fiji è quel­la che per­met­te di sti­ma­re l’a­rea oc­cu­pa­ta dal si­ste­ma idrau­li­co. In­fat­ti come evi­den­zia­to in fi­gu­ra 2 è stata de­ter­mi­na­ta la por­zio­ne di area oc­cu­pa­ta dal vaso di primo or­di­ne. Tale ap­proc­cio può es­se­re este­so anche ai re­stan­ti sette or­di­ni che nor­mal­men­te con­trad­di­stin­guo­no le fo­glie di que­sta va­rie­tà.

Inol­tre, il soft­ware con­sen­te anche di vi­sua­liz­za­re at­tra­ver­so una di­stri­bu­zio­ne tri­di­men­sio­na­le (fig. 3), lo spet­tro RGB che con­trad­di­stin­gue il cam­pio­ne ana­liz­za­to. Tale spet­tro, con par­ti­co­la­re ri­fe­ri­men­to al verde, po­treb­be, sus­si­dia­ria­men­te ad un im­pie­go di una stru­men­ta­zio­ne scien­ti­fi­ca de­di­ca­ta, dare una in­for­ma­zio­ne sulla vi­ta­li­tà della fo­glia.

Con­clu­sio­ni

Il soft­ware Fiji si con­fer­ma come un va­li­do stru­men­to in­for­ma­ti­co per la ca­rat­te­riz­za­zio­ne del pro­fi­lo del­l’e­sten­sio­ne della guai­na del fa­scio. In que­st’ot­ti­ca, una de­ter­mi­na­zio­ne della rete idrau­li­ca tra­mi­te tec­no­lo­gie in­for­ma­ti­che, in grado di evi­den­ziar­ne tri­di­men­sio­nal­men­te il pro­fi­lo, può es­se­re di aiuto nel­l’in­ve­sti­ga­re il ruolo del net­work idrau­li­co nelle dif­fe­ren­ti con­di­zio­ni am­bien­ta­li in cui le pian­te sono col­ti­va­te. In fu­tu­ro, sarà pos­si­bi­le, quin­di, rea­liz­za­re mo­del­li in grado di in­te­gra­re le co­no­scen­ze ac­qui­si­te at­tra­ver­so l’i­den­ti­fi­ca­zio­ne della rete idrau­li­ca con, ad esem­pio, le esi­gen­ze di ir­ri­ga­zio­ne del vi­gne­to.

Fig. 1 – Esem­pi di mo­del­li 3D della rete ve­no­sa

Fig. 2 – De­ter­mi­na­zio­ne del­l’a­rea oc­cu­pa­ta dal pro­fi­lo della guai­na del fa­scio in punto della rete

Fig. 3 – Di­stri­bu­zio­ne 3D dello spet­tro RGB su una por­zio­ne della la­mi­na fo­glia­re

Bi­blio­gra­fia

Bro­dribb T.J., Field T.S., Jor­dan G.J. 2007. Leaf Ma­xi­mum Pho­to­syn­the­tic Rate and Ve­na­tion Are Lin­ked by Hy­drau­lics. Plant Phy­sio­lo­gy, 144: 1890-1898.

Grif­fi­ths H., Wel­ler G., Toy L., Den­nis R.J.: You’re so vein: bund­le shea­th phy­sio­lo­gy, phy­lo­ge­ny and evo­lu­tion in C3 and C4 plan­ts. – Plant, Cell En­vi­ron. 36: 249-261, 2012.

Lee­good R.C.: Roles of the bund­le shea­th cells in lea­ves of C3 plan­ts. – Jour­nal of Ex­pe­ri­men­tal Bo­ta­ny. 59: 1663-1673. 2008.

Mc­Clen­don J.H.: Pho­to­gra­phic sur­vey of the oc­cur­ren­ce of bund­le-shea­th ex­ten­sions in de­ci­duous di­co­ts. – Plant Phy­sio­lo­gy. 99: 1677-1679, 1992.

Pa­ga­no M., Stor­chi P. 2015. Leaf vein den­si­ty: a pos­si­ble role as coo­ling sy­stem. Jour­nal of Life Scien­ces, 9: 299-303 (doi: 10.17265/1934-7391/2015.07.001).

Pan­tin F., Mon­net F., Jan­naud D., Costa J.M., Re­naud J., Mul­ler B., Sim­mon­neau T., Genty B.: The dual ef­fect of ab­sci­sic acid on sto­ma­ta. New Phy­to­lo­gi­st. 197:65-72.

Sack L., Scof­fo­ni C. 2013. Leaf ve­na­tion: struc­tu­re, func­tion, de­ve­lo­p­ment, evo­lu­tion, eco­lo­gy and ap­pli­ca­tions in the past, pre­sent and fu­tu­re. New Phy­to­lo­gi­st, 198: 983-1000.

Sha­til-Co­hen A., Attia Z., Mo­she­lion M.: Bund­le-shea­th cell re­gu­la­tion of xy­lem-me­so­phyll water trans­port via aqua­po­rins under drought stress: a tar­get of xy­lem-bor­ne ABA?. – The Plant Jour­nal. 67:72-80.

Mario Pa­ga­no, lau­rea­to in Scien­ze e Tec­no­lo­gie Agra­rie (vec­chio or­di­na­men­to) pres­so l’U­ni­ver­si­tà degli Studi di Fi­ren­ze, ha con­se­gui­to il Dot­to­ra­to di ri­cer­ca in Agro­bio­tec­no­lo­gie per le Pro­du­zio­ni Tro­pi­ca­li. Au­to­re di molte pub­bli­ca­zio­ni, è ri­cer­ca­to­re pres­so l’U­ni­tà di Ri­cer­ca per la Vi­ti­col­tu­ra di Arez­zo. Cur­ri­cu­lum vitae >>>

Paolo Va­len­ti­ni, lau­rea­to in Scien­ze Agra­rie pres­so l’A­te­neo di Pe­ru­gia, si oc­cu­pa della con­ser­va­zio­ne e col­ti­va­zio­ne delle col­le­zio­ni di ger­mo­pla­sma vi­ti­co­lo pre­sen­ti pres­so l’a­zien­da del­l’U­ni­tà di Ri­cer­ca per la Vi­ti­col­tu­ra di Arez­zo. Email:  paolo.​valentini@​crea.​gov.​it