E' un semplice esperimento di microscopia ottica da proporre all’interno del programma di biochimica, con particolare riferimento alle biomolecole e mette a confronto i granuli d’amido di banana con quelli di altre specie vegetali. Consta di una prima parte in cui gli alunni osservano vari tipi di polvere d’amido: frumento, mais, segale, riso, orzo e patata e poi amiloplasti in vivo di patata e di banana acerba e matura. Si può prendere spunto dalla semplice esperienza (che per la parte osservativa potrebbe essere svolta anche in una classe seconda) per parlare in modo più approfondito della struttura dell’amido ed in particolare dei legami α -1,4 glucosidici dell’amilosio e α -1,6 dell’amilopectina e della maturazione della frutta grazie all’ormone vegetale etilene (studiato fra gli alcheni).
Scheda sintetica delle attività
Si fa osservare al microscopio ottico a ingrandimento di 200x e 400x dapprima farine di frumento, mais, segale, riso, orzo e patata e poi amiloplasti in vivo di patata e di banana acerba e matura. In un primo tempo l’osservazione viene fatta in assenza e successivamente in presenza del reattivo di Lugol. Si fa scoprire ai ragazzi che i granuli di amido hanno forme e dimensioni che variano da pianta a pianta. Viene fatta osservare la banana prima acerba e poi matura perché in essa i carboidrati sono prevalentemente sotto forma di amido. Durante il processo di maturazione l'amido viene convertito progressivamente in zuccheri semplici. All'interno di una banana completamente matura, troviamo solamente l'1-2% di amido. Tale esperienza, però, potrebbe essere svolta anche in modo tale da far identificare agli studenti un certo tipo di farina mettendo a confronto le osservazioni al microscopio ed eventuali foto fatte da loro e immagini dei diversi tipi di granuli d’amido che vengono fornite agli studenti (o che vengono fatte cercare nel web).
Risorse necessarie
6 provette, siglate con lettere opportune, contenenti grani di amido estratti da piante diverse in particolare:
mais (M) (amido di mais = maizena);
frumento (F) (amido di grano = frumina);
segale (S);
riso (R);
orzo (O);
patata (P) (amido di patata = fecola);
una patata;
una banana acerba (da acquistare il giorno prima scegliendola tra le più acerbe disponibili in negozio);
una banana matura (tende a manifestare chiazze marroni corrispondenti ad accumuli di zuccheri);
ago manicato o equivalente oggetto appuntito;
reattivo di Lugol (iodio in soluzione acquosa) o tintura di iodio (iodio in soluzione alcolica);
contagocce;
vetrini portaoggetto e coprioggetto;
spruzzetta di acqua deionizzata;
carta assorbente;
microscopio ottico.
Prerequisiti necessari
Saper utilizzare il microscopio ottico;
saper allestire un vetrino;
conoscere l’amido come sostanza di riserva dei vegetali.
Obiettivi di apprendimento
Conoscere e comprendere il meccanismo di riconoscimento dell’amido con il reattivo di Lugol: viraggio da colore marrone chiaro al colore blu-violetto;
imparare che gli organelli che producono e accumulano l'amido nelle cellule vegetali si chiamano amiloplasti;
scoprire che i granuli di amido hanno forme e dimensioni che variano da pianta a pianta, perché la loro crescita segue un percorso diverso, che sfrutta uno o più centri di apposizione (ilo).
Dotazioni di sicurezza
Non vi sono accorgimenti particolari, ma è preferibile far lavorare i ragazzi con i guanti e il camice specie quando utilizzano il reattivo di Lugol.
Svolgimento
Esperimento
I parte
Marcare col vetrografico 6 vetrini portaoggetti con le lettere iniziali dei vari tipi di grani F, M, S, R, O, P.
Con la punta dell’ago manicato prelevare una piccola quantità di polvere d’amido di frumento (provetta con la sigla F) e trasferirla sul vetrino da microscopia evidenziato con la stessa lettera.
Aggiungere una goccia d'acqua e mescolare bene con la punta dell’ago fino a quando non si ottiene una sospensione omogenea, poi coprirla con un vetrino coprioggetto.
Esaminare il campione al microscopio, prima con ingrandimento 200x e poi al 400x.
Per colorare i grani d’amido con il reattivo di Lugol, aggiungere una o più gocce di Lugol nel lato destro del vetrino coprioggetto e poi lasciare che il reattivo penetri per diffusione sotto il vetrino. Si può inclinare leggermente il vetrino per facilitare la diffusione del colorante.
Esaminare di nuovo i grani d’amido colorati al microscopio con ingrandimento 200x e 400x: è più facile identificare il campione se ci si concentra sui granelli che hanno ricevuto meno colorante.
Ripetere i vari passaggi per ciascuno degli altri campioni di farine.
Fare attenzione di pulire bene la punta dell’ago manicato, prima di prelevare un nuovo campione.
II parte
Mettere una goccia di acqua al centro di un vetrino portaoggetti.
Con la punta dell’ago manicato raschiare un po’ di polpa dalla parte centrale del tubero (patata) e della banana acerba a disposizione: un piccolo quantitativo di materiale permette un’osservazione più nitida.
Trasferire il campione biologico sulla goccia d’acqua del vetrino.
Stemperare bene le cellule con la punta dell’ago fino a quando non si ottiene una sospensione omogenea
Coprire il tutto con un vetrino coprioggetto.
Esaminare il campione al microscopio, prima con ingrandimento 200x e 400x.
Per colorare gli amiloplasti con il reattivo di Lugol, aggiungere una o più gocce di Lugol nel lato destro del vetrino coprioggetto e poi lasciare che il reattivo penetri per diffusione sotto il vetrino.
Esaminare di nuovo gli amiloplasti colorati al microscopio con ingrandimento 200x e 400x.
Ripetere il procedimento di colorazione prelevando alcune cellule di una banana matura.
Verificare se in questo caso gli amiloplasti sono più o meno numerosi rispetto al frutto acerbo.
Osservazioni
I parte
Si fanno osservare i vari granuli di amido al massimo ingrandimento e li si fa disegnare ai ragazzi o si fa fare loro delle foto. Si chiede ai ragazzi anche di descrivere a parole i vari tipi di granuli d’amido. I disegni (figura 1) e le osservazioni che si ottengono sono del tutto simili a quelle sotto riportate.
Figura 1: rappresentazione schematica di granuli di amido di diversa origine, osservati al microscopio
Amido di Frumento F: granuli di forma lenticolare frammisti a granuli di forma rotonda.
Amido di Mais M: granuli di forma poliedrica, con angoli smussati e talvolta con fessura centrale raggiata.
Amido di Segale S: granuli rotondi, grandi, talvolta con fessura centrale raggiata.
Amido di Riso R: granuli di piccole dimensioni (diametro di 0,007 mm), riuniti assieme, di forma romboidale.
Amido di Orzo O: granuli simili per forma a quelli del frumento, ma quelli più grandi d’aspetto reniforme.
Amido di Patata P: granuli di grandi dimensioni: possono raggiungere e superare il diametro di 0, 1 mm; di forma ovale, con striature concentriche, come si vede dalla fotografia.
In tutti i preparati la presenza di amido fa virare il reattivo di Lugol dal colore marrone chiaro al blu-violetto molto intenso, tendente al nero (foto di granuli di mais).
II parte
Nella banana acerba si osserva una colorazione blu-violetto più intensa, in quella matura meno intensa.
Conclusioni
I parte Ogni pianta ha granuli d’amido di forme e dimensioni diverse, perché la loro crescita segue un percorso diverso, che parte da una depressione periferica o centrale, chiamata ilo, da cui avviene l’accrescimento dell’amido. L’amido è costituito da due componenti: l’amilosio, in cui le molecole di glucosio (i monomeri) sono legate fra loro con legami α -1,4 glucosidici, che conferiscono all’amilosio una struttura ad elica e l’amilopectina, in cui le molecole di glucosio sono legate da legami α -1,6 glucosidici. Lo ioduro, in presenza di amido, s’inserisce nella struttura ad elica, nello spazio interno vuoto delle spire, producendo un complesso colorato dal tipico colore blu-violetto.
II parte L’etilene (o etene, secondo la nomenclatura IUPAC) è l’ormone della maturazione (e della marcescenza) della frutta è la sua presenza che fa maturare le banane e trasformare l’amido, presente in gran quantità nelle banane acerbe, in zuccheri semplici.
Note e storia
Sulla banana
La varietà di banana che siamo abituati a trovare nei mercati e supermercati sono ibridi poliploidi derivate dalle specie selvatiche Musa acuminata e Musa balbisiana. La differenza principale tra le varietà selvatiche e quelle commerciali, risiede nella presenza, nelle prime, di un gran numero di semi che occupano quasi tutto lo spazio all'interno del frutto, lasciando poco spazio per la polpa. Al contrario, le varietà commerciali sono caratterizzate dalla totale assenza di semi o al massimo, dalla presenza di pochissimi semi abortivi. Nei paesi del Sud del Mondo, la banana è largamente utilizzata nell’alimentazione essendo il quarto alimento di maggior consumo dopo riso, grano e latte. La banana è un frutto “climaterico”, cioè matura anche se staccato dalla pianta. Durante la maturazione l’amido accumulato nelle fasi precedenti è degradato e si sviluppano le caratteristiche organolettiche del frutto maturo. Questo processo è influenzato dalla temperatura, che a sua volta determina lo sviluppo di etilene. Per accelerare la maturazione, si può chiudere una o più banane in un sacchetto di carta (meglio se insieme a qualche mela): l’etilene sviluppato non si disperde nell’aria e ha quindi più effetto sui frutti. Bisogna invece evitare di conservare le banane in frigorifero, perché la bassa temperatura ne fa scurire la buccia.
Sulla biodiversità della banana
Attraverso tale esperienza didattica, si può cogliere l’occasione per parlare di biodiversità, concetto portante della biologia. Nel caso specifico, è possibile approfondire la biodiversità della banana facendo inizialmente vedere agli alunni foto di negozi e mercati di Kerala (figura 2) in cui è possibile osservare moltissime varietà commestibili di banana e platani da farina.
Figura 2: foto di un negozio di Kerala raffigurante diverse varietà di banana. Le lettere minuscole in alto, indicano le differenti varietà: a) ‘Red’ (AAA), banana molto dolce da dessert; b) ‘Palayam Codan’ (AAB); c) ‘Njalipoovan’ (AB) banana dolce da dessert difficile però da cucinare; d) ‘Robusta’ o ‘Cavendish’ (AAA) la varietà più esportata in Europa e Stati Uniti; e) ‘Nendran’ (AAB), utilizzata per preparare dolci snacks fritti; f) ‘Peyan’ (ABB) utilizzata nelle salse al curry e per snacks fritti; g) ‘Poovan’ (AAB). Per convenzione la lettera maiuscola 'A' si riferisce a DNA derivato da Musa acuminata, mentre 'B' rappresenta il genotipo di Musa balbisiana (foto presa da Heslop-Harrison e Schwarzacher, 2007).
Recentemente gli esperti della FAO hanno lanciato l’allarme che la produzione mondiale di banane Cavendish è a rischio a causa della malattia di Panama il cui agente eziologico è il fungo Fusarium oxysporum cubense in grado di attaccare le radici della pianta provocandone l'avvizzimento. Numerose piantagioni del sud-est asiatico e dell’Australia sono già distrutte e ora il fungo è arrivato in Mozambico e Giordania. Per fortuna il Centro-Sud America finora è ancora immune. Gli scienziati sono al lavoro per sviluppare nuove varietà di banane resistenti a queste malattie, ricorrendo anche all’ingegneria genetica.
Bibliografia
Bortolon P., Schmidt N., Didattica delle scienze degli alimenti, Franco Angeli, Milano, 2007
Laveder P., Banane acerbe e mature. EUSO – Giochi di Anacleto: Gara di Istituto del 27 novembre 2015, Tema n. 3, Bio-2. http://www.euso.it
