Una ricerca su aspetti particolari dell’interazione tra l’energia solare e l’ambiente terrestre, condotta dagli studenti del V anno del corso di Biotecnologie ambientali e sanitarie dell’I.I.S. “Galilei” di Jesi (An) e presentata per il Concorso dell’UE “I giovani e le scienze 2015”, è stata selezionata per partecipare alla Fiera Scientifica Internazionale TISF 2016 che si terrà il prossimo febbraio a Taiwan.

giovani e scienze 2015

Ogni anno la Federazione delle Associazioni Scientifiche e Tecniche (FAST) promuove e organizza “I giovani e le scienze”, selezione per il Concorso dell’Unione europea dei giovani scienziati (European Union Contest for Young Scientists) e per i più prestigiosi eventi internazionali degli studenti più meritevoli. Sono pochi gli eventi rivolti alle ragazze e ai ragazzi delle scuole superiori di 2° grado che possono vantare il traguardo delle 27 edizioni e, ancora meno, sono quelli che coinvolgono tutti i campi della scienza e concetti importanti come innovazione, tecnologia, applicazioni, ambiente, cultura, ma anche gioventù, Europa, internazionalizzazione, democrazia, condivisione, amicizia, ecc.

Anche gli obiettivi sono di ampio respiro: avvicinare i giovani alla scienza e alla ricerca; individuare e incoraggiare gli studenti migliori e più promettenti; promuovere lo spirito di innovazione e di collaborazione in Italia e nel contesto comunitario; stimolare la partecipazione ai più prestigiosi appuntamenti nel mondo.
Considerando che la finale dell’edizione 2015 si terrà dal 16 al 22 settembre a Milano nel corso di EXPO, FAST aveva raccomandato di presentare progetti in linea con il tema dell’evento milanese “Nutrire il Pianeta. Energia per la Vita”, inteso nella sua accezione più ampia.

Anche quest’anno, dopo il riconoscimento ottenuto lo scorso anno con una ricerca per un metodo alternativo per monitorare separatamente il contenuto dei gas inquinanti atmosferici, gli studenti del V anno di Biotecnologie ambientali dell’Istituto di Istruzione Superiore “Galilei” di Jesi (AN) hanno partecipato, ma con 2 ricerche svolte nei laboratori dell’Istituto sotto la guida degli insegnanti di Analisi Chimica Strumentale, Proff. Edgardo Catalani e Milva Antonelli, che sono state entrambe selezionate per concorrere a prestigiosi riconoscimenti:
- “La cuticola vegetale: un filtro naturale per i raggi solari” di Elisa Quercetti e Pierpaolo Giordani, che parteciperà alla Fiera Scientifica Internazionale TISF 2016 che si terrà il prossimo febbraio a Taiwan;
- “Oli vegetali di frittura: un modello sperimentale” di Elisa Damadei e Francesco Furio D’Amico, che ha ottenuto la partecipazione all’Expo Sciences Messico 2015, che si terrà a Tapico nel prossimo novembre.
Sono particolarmente felice di questi Premi che confermano l’alta qualità dell’insegnamento scientifico dell’Istituto - ha sottolineato il Dirigente Ing. Floriano Tittarelli - Ho seguito i percorsi di ricerca intrapresi dai ragazzi constatando in loro dedizione, passione ed impegno per questa stimolante attività extrascolastica, senza tralasciare lo studio ordinario”.

In questa occasione, dedichiamo al primo progetto uno spazio della sottocategoria Innovazione e ricerca del nostro portale, rinviando ad una successiva e ravvicinata occasione l’analisi del secondo.


quercetti giordani

Gli studenti Elisa Quercetti e Pierpaolo Giordani dell’I.I.S. “Galilei” di Jesi (An) tra i Proff. Edgardo Catalani e Milva Antonelli, durante la Cerimonia di Premiazione (Milano, 11-13 aprile 2015).

La ricerca “La cuticola vegetale: un filtro naturale per i raggi solari”, un aspetto particolare della interazione tra l’energia solare e l’ambiente terrestre, si propone di:
1. studiare la capacità della cuticola di alcuni vegetali di trasmettere le radiazioni del visibile e dell’ultravioletto (UV);
2. correlare questa capacità all’assorbimento delle radiazioni da parte della clorofilla e dei pigmenti accessori dei vegetali;
3. collegare la trasmissione delle radiazioni del visibile e dell’UV con le caratteristiche delle materie plastiche usate per costruire serre.

Il tessuto che riveste i vegetali è l’epidermide, ricoperta da una pellicola continua di cutina, detta cuticola. Per condurre gli esperimenti si prelevano alcuni frammenti di cuticola da diversi vegetali, di vario colore (verde, bianco, giallo, rosso), che vengono lasciati, per qualche giorno, in etanolo anidro, affinché perdano pigmenti colorati e acqua. Dopo essiccazione all’aria, uno di questi frammenti è usato per registrare non meno di 10 spettri nelle regioni del visibile (800-400 nanometri) e dell’Ultra-Violetto (400-200 nanometri), in modalità di Assorbanza (A).
Gli spettri vengono suddivisi, quindi, in bande di colore che, nel visibile sono: violetto (418), blu (458), blu-verde (485), verde-blu (495), verde (530), giallo-verde (570), giallo (588), arancio (600), rosso (652). Nell’UV sono: UVB (300) e UVA (360).
Il numero tra parentesi è la lunghezza d’onda rappresentativa (λ formale) della banda di colore corrispondente, riportata anche come etichetta sui grafici (figure 1 e 2).
 

cuticola asparagi


Per ogni spettro e per ogni banda di colore si calcola l’Assorbanza relativa che viene trasformata in Trasmittanza percentuale media (T%) che, a causa dello scattering o dispersione delle radiazioni che attraversano la cuticola, è parzialmente sottostimata. In un grafico si riporta la Trasmittanza percentuale in funzione della lunghezza d’onda rappresentativa di ogni banda di colore, come nell’esempio seguente relativo alla cuticola degli asparagi nella regione del visibile (figura 1) e dell’UV (figura 2).

Di seguito sono riportati i risultati complessivi della Trasmittanza nella regione del visibile e dell’ultravioletto delle cuticole vegetali e del materiale plastico per le serre.

trasmittanza 
Chiave legenda:
As (Asparagi); Ag (Agretti); Pi (Piselli); Cip. (Cipollotto); Cet (Cetrioli); Fag.(Fagiolini); Sed. (Sedano); Fin. (Finocchi); PepG. (Peperone Giallo); PepR. (Peperone Rosso); Pla (Plastica per serre)

Il grafico riassuntivo della Trasmittanza percentuale (T%), è stato suddiviso in due parti perché le voci da rappresentare sono 11 (10 cuticole e un materiale plastico) e perché le T% delle cuticole dei vari vegetali sono, per le stesse bande di colore, quasi identiche. Inoltre, i simboli per rappresentare le varie cuticole, si possono identificare mediante la chiave della legenda localizzata, nell’area del grafico, in alto a destra. In entrambi i grafici è riportato anche il materiale plastico per serre rappresentato con lo stesso simbolo (rombo pieno blu).

Conclusioni
Le cuticole di vari vegetali hanno comportamenti analoghi nei confronti delle radiazioni del visibile e dell’UV, indipendentemente dal tipo e dal colore dei vegetali di provenienza. La caduta di Trasmittanza delle cuticole in corrispondenza del rosso, è un risultato sorprendente in quanto sono proprio le radiazioni rosse del visibile che permettono alla clorofilla di attivare la fotosintesi, per cui ci si aspetta che in questa zona dello spettro, ci sia un’alta trasmissione delle radiazioni. Questa limitazione nel trasmettere le radiazioni rosse, potrebbe essere dovuta alla struttura molecolare e tessitura della cuticola finalizzata, in particolare, alla protezione fisica dei tessuti sottostanti. Le bande di colore arancio, giallo, giallo-verde, verde-blu e blu-verde, hanno alta trasmittanza assorbendo in queste regioni alcuni pigmenti, detti accessori che, poi, trasferiscono l’energia raccolta alla stessa clorofilla che può, così, compensare la carenza di radiazioni rosse. Da questo punto di vista i pigmenti accessori sono una necessità.
Anche nella regione dell’Ultravioletto il comportamento delle cuticole è comune in tutti i vegetali, con una trasmittanza maggiore dei raggi UVB rispetto agli UVA.

Una particolare attenzione merita l’esperimento condotto con il materiale plastico (polietilene) usato per costruire serre, che nella regione del visibile ha mostrato un comportamento analogo a quello delle cuticole, mentre nella regione dell’Ultravioletto questo materiale plastico ferma in misura maggiore gli UVB piuttosto che gli UVA. La sua azione, pertanto, è complementare a quella delle cuticole, proteggendo i vegetali dai raggi UVB, mentre la cuticola li protegge dagli UVA.
Si potrebbe quindi usare questa proprietà per scegliere i migliori tipi di teloni da serra, monitorando nel tempo la loro capacità di trasmissione delle radiazioni visibili e di protezione dai raggi ultravioletti.