Molte piante da fiore (angiosperme) usano una proteina fotorecettore, come il fitocromo o il criptocromo, per percepire i cambiamenti stagionali nella lunghezza della notte, o fotoperiodo, che prendono come segnali per fiorire. In un’ulteriore suddivisione, le piante fotoperiodiche obbligate richiedono assolutamente una notte abbastanza lunga o corta prima della fioritura, mentre le piante fotoperiodiche facoltative hanno maggiori probabilità di fiorire in una condizione.
Il fitocromo si presenta in due forme: Pr e Pfr. La luce rossa (che è presente durante il giorno) converte il fitocromo nella sua forma attiva (pfr). Questo poi innesca la pianta a crescere. A sua volta, la luce rossa lontana è presente all’ombra o al buio e questo converte il fitocromo da pfr a pr. Pr è la forma inattiva del fitocromo e non permette la crescita della pianta. Questo sistema di conversione da Pfr a Pr permette alla pianta di sentire quando è notte e quando è giorno. Pfr può anche essere riconvertito in Pr da un processo noto come reversione oscura, dove lunghi periodi di oscurità innescano la conversione di Pfr. Questo è importante per quanto riguarda la fioritura delle piante. Gli esperimenti di Halliday et al. hanno dimostrato che le manipolazioni del rapporto tra rosso e rosso lontano nell’Arabidopsis possono alterare la fioritura. Hanno scoperto che le piante tendono a fiorire più tardi quando sono esposte a più luce rossa, dimostrando che la luce rossa è inibitoria per la fioritura. Altri esperimenti lo hanno dimostrato esponendo le piante a una luce rossa extra nel bel mezzo della notte. Una pianta del giorno corto non fiorirà se la luce viene accesa per alcuni minuti nel mezzo della notte, mentre una pianta del giorno lungo può fiorire se esposta a più luce rossa nel mezzo della notte.
I criptocromi sono un altro tipo di fotorecettore che è importante nel fotoperiodismo. I criptocromi assorbono la luce blu e gli UV-A. I criptocromi trascinano l’orologio circadiano alla luce. È stato scoperto che l’abbondanza di criptocromo e fitocromo dipende dalla luce e la quantità di criptocromo può cambiare a seconda della lunghezza del giorno. Questo dimostra quanto siano importanti entrambi i fotorecettori per determinare la lunghezza del giorno.
Nel 1920, W. W. Garner e H. A. Allard pubblicarono le loro scoperte sul fotoperiodismo e pensarono che fosse la lunghezza della luce del giorno ad essere critica, ma si scoprì poi che la lunghezza della notte era il fattore di controllo. Le piante da fiore fotoperiodiche sono classificate come piante di giorno lungo o di giorno corto anche se la notte è il fattore critico a causa del malinteso iniziale sulla luce del giorno come fattore di controllo. Insieme alle piante diurne e a quelle di breve durata, ci sono piante che rientrano in una “categoria a doppia durata diurna”. Queste piante sono o piante di giorno lungo-corto (LSDP) o piante di giorno corto-lungo (SLDP). Le LSDP fioriscono dopo una serie di giorni lunghi seguiti da giorni corti, mentre le SLDP fioriscono dopo una serie di giorni corti seguiti da giorni lunghi. Ogni pianta ha un fotoperiodo critico di lunghezza diversa, o lunghezza critica della notte.
I biologi moderni credono che sia la coincidenza delle forme attive di fitocromo o criptocromo, create dalla luce durante il giorno, con i ritmi dell’orologio circadiano che permette alle piante di misurare la lunghezza della notte. Oltre alla fioritura, il fotoperiodismo nelle piante comprende la crescita di fusti o radici durante certe stagioni e la perdita di foglie. L’illuminazione artificiale può essere usata per indurre giorni extra-lunghi.
Piante di giorno lungoModifica
Le piante di giorno lungo fioriscono quando la lunghezza della notte scende sotto il loro fotoperiodo critico. Queste piante fioriscono tipicamente durante la tarda primavera o all’inizio dell’estate quando le giornate si allungano. Nell’emisfero settentrionale, il giorno più lungo dell’anno (solstizio d’estate) è il 21 giugno o circa. Dopo questa data, le giornate si accorciano (cioè le notti si allungano) fino al 21 dicembre (il solstizio d’inverno). Questa situazione è invertita nell’emisfero meridionale (cioè, il giorno più lungo è il 21 dicembre e il giorno più corto è il 21 giugno).
Alcune piante obbligate di lungo giorno sono:
- Garofano (Dianthus)
- Giusquiamo (Hyoscyamus)
- Avena (Avena)
Alcune piante facoltative di lungo giorno sono:
- Pisello (Pisum sativum)
- Orzo (Hordeum vulgare)
- Lattuga (Lactuca sativa)
- Frumento (Triticum aestivum)
Piante da giorno cortoModifica
Le piante da giorno corto fioriscono quando la durata della notte supera il loro fotoperiodo critico. Non possono fiorire nelle notti brevi o se un impulso di luce artificiale viene fatto brillare sulla pianta per alcuni minuti durante la notte; richiedono un periodo continuo di buio prima che lo sviluppo floreale possa iniziare. La luce naturale notturna, come la luce della luna o i fulmini, non è di luminosità o durata sufficiente per interrompere la fioritura.
In generale, le piante di giorno corto (cioè di notte lunga) fioriscono quando i giorni si accorciano (e le notti si allungano) dopo il 21 giugno nell’emisfero nord, cioè in estate o in autunno. La lunghezza del periodo di buio richiesto per indurre la fioritura differisce tra le specie e le varietà di una specie.
Il fotoperiodismo influenza la fioritura inducendo il germoglio a produrre gemme floreali invece di foglie e gemme laterali.
Alcune piante facultative del giorno corto sono:
- Kenaf ( Hibiscus cannabinus)
- Marijuana (Cannabis)
- Cotone (Gossypium)
- Riso (Oryza)
- Jowar (Sorghum bicolor)
- Green Gram (Mung bean, Vigna radiata)
- Soia (Glycine max)
Piante day-neutralModifica
Le piante day-neutral, come cetrioli, rose, pomodori e Ruderalis (cannabis autofiorente) non iniziano la fioritura in base al fotoperiodo. Invece, possono iniziare a fiorire dopo aver raggiunto un certo stadio di sviluppo generale o una certa età, o in risposta a stimoli ambientali alternativi, come la vernalizzazione (un periodo di bassa temperatura).