A Água na Planta

Prof. José Vieira Silva

(UFAL – Arapiraca)

Fisiologia Vegetal

Unidade II

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Considerações Iniciais

Valores Positivos: pressão exercida sobre

uma superfície. Força x área (N, MPa, Bar, etc.)

Valor de referência. Ex.: Pressão (menor valor

atingido); Tensão (maior valor observado).

Valores Negativos. Tensão ou força de sucção

exercida sobre um líquido ou superfície MPa,Bar, etc.

Livro: Fisiologia Vegetal. Lincoln Taiz & Eduardo Zeiger (2004).

- Capítulo 3: A água e as células vegetais (p.61 – 74)

- Capítulo 4: Balanço Hídrico das plantas (p.75 – 93)

A polaridade das moléculas de água gera ligações de hidrogênio

- A polaridade da água a torna um excelente solvente

- As propriedades térmicas da água resultam das ligações (pontes) de

hidrogênio

Constante Dielétrica: expressa a resistência ao fluxo de corrente elétrica

que uma substância possui. A água possui maior constante

dielétrica que qualquer outro líquido comum.

As propriedades de coesão e tensão da água são devidos as ligações

de hidrogênio

A água tem uma grande resistência à tensão

Cavitação ou Embolia = formação de

bolhas de ar (gás) no interior dos

vasos do xilema, durante o fluxo

transpiratório. Como minimizar os

efeitos adversos?

Processos de transporte de água

Difusão é um movimento de moléculas por agitação térmica aleatória

Js = Densidade de fluxo (quantidade da substância “s” que atravessa uma

unidade de área por unidade de tempo: mol.m-2.s-1);

Ds = Coeficiente de difusão (constante de proporcionalidade que mede o quão

facilmente uma substância “s” move-se através de um determinado meio.

∆Cs = Gradiente de concentração da substância “s”.

∆x = Variação da distância entre os pontos avaliados.

1ª Lei de Fick

A difusão é rápida para curtas distâncias, mas extremamente

lenta para longas distâncias.

A difusão é rápida para curtas distâncias, mas extremamente lenta

para longas distâncias.

- O fluxo de massa governado por pressão determina o

transporte de água de longa distância.

r = raio do tubo em questão

ɳ = coeficiente de viscosidade

∆Ψp/∆x = gradiente de pressão do fluxo.

Equação de Poiseuille

- A osmose é governada por um gradiente de potencial

hídrico.

- A direção e a taxa de fluxo de água através de uma membrana NÃO são

determinados somente pelo gradiente de concentração da água ou pelo

gradiente de pressão, mas pela soma dessas duas forças propulsoras.

- O potencial químico da água representa o status da energia livre

da água.

- Potencial químico da água: é a expressão quantitativa da energia

livre a ela associada, ou seja, representa a capacidade de realizar

trabalho (J.mol-1).

- Potencial hídrico da água (Ψw): é o potencial químico da água

dividido pelo volume molal parcial da água (1mol = 18 x 10-6 m3.mol-1),

ou seja, é uma medida da energia livre por unidade de volume.

- Três fatores principais contribuem para o potencial hídrico

celular.

Ψw = Ψs + Ψp + Ψg

- Potencial Osmótico (Ψ) ou de Solutos (Ψs): representa os

efeitos de solutos dissolvidos no potencial hídrico (reduz a

atividade da água, aumentando a desordem no sistema

(entropia)).

Equação de Van´tHoff

Ψ = -R.T.cs

R = Constate universal dos gases (8,32 J.mol-1.K-1)

T = Temperatura em Kelvin ou K

Cs = Concentração de solutos na solução (Osmolalidade = mol.L-1)

Obs.: O sinal negativo indica que os solutos dissolvidos reduzem o potencial

hídrico da solução em relação ao estado de referência da água pura.

- Potencial Pressão (Ψp) ou Pressão Hidrostática da solução:

positiva (Ψw – turgescência ou turgor: células vivas) e negativa

(Ψw – tensão, sucção: xilema).

- A água no estado padrão tem Ψw e Ψp igual a ZERO (plasmólise

incipiente).

- Potencial gravitacional (Ψg): depende da altura da coluna de água

ou da planta, da densidade da água e da aceleração da gravidade.

Ψg = w.g.h

w = densidade da água

g = aceleração da gravidade (9,81 m.s-1)

h = altura da coluna de água ou da planta (m)

Observação

- A nível MICRO (celular), o componente gravitacional (Ψg) é

geralmente omitido ou desprezível.

- A nível MACRO (solos secos, sementes e paredes

celulares), há que se levar em consideração o componente

MATRICIAL (Potencial Mátrico*) (Ψm): ocorre devido as

forças de interações dos colóides com a água.

O Potencial Hídrico (Ψw), assim como seus componentes, é

um bom indicador geral da saúde da planta.

- Crescimento celular, fotossíntese e produtividade das culturas.

Instrumentação: como medir o Ψw de uma planta!!!

A água entra na célula ao longo de um gradiente de potencial hídrico

- A água também pode sair da célula em resposta a um

gradiente de potencial hídrico

Obs.: O fluxo de água é um processo passivo, ou seja, a água

move-se em resposta a forças físicas, em direção a regiões

de baixo potencial hídrico ou de baixa energia livre.

- Pequenas mudanças no volume da célula vegetal causam

grandes mudanças na pressão de turgescência.

O conceito de potencial hídrico ajuda a avaliar o status

hídrico de uma planta

Balanço hídrico das plantas

A água no solo

Uma pressão hidrostática

negativa na água do solo

diminui o potencial hídrico

do solo

Potencial Osmótico do solo

(Ψ)

Ψ = -2T/r

T = tensão superficial da água. (7,28 x 10-8

MPa.m)

r = raio de curvatura da interface ar-água

A água se move através do solo por fluxo de massa

Esquema de um corte transversal de uma raiz primária, na zona pilosa, mostrando as três vias para o movimento radial da água. (A) Via apoplástica nas paredes das

células, traço azul; (B) Via simplástica mediada pelos plasmodesmatas, traço vermelho; (C) Via transcelular, traço amarelo.

Absorção de água pelas plantas

Os pêlos radiculares e a absorção da água. (A) Pêlos radiculares do rabanete; (B) Os pêlos radiculares aumentam a absorção da água pela capacidade de penetrar nos espaços capilares cheios de água entre as partículas de solo; (C) Os pêlos radiculares aumentam várias vezes o volume do solo a partir do qual uma raiz pode extrair água.

Exemplos de exsudação da solução xilemática devida à pressão radicular, em feijoeiro (A) e

tomateiro (B). As fotografias foram retiradas 5 minutos após a excisão do caule de plantas

bem regadas.

O acúmulo de solutos no xilema pode gerar “Pressão

Radicular”

Ponto de Orvalho x Pressão Radicular

Transporte de água

através do Xilema

O movimento de água através do xilema requer menos

pressão do que o movimento através de células vivas.

Estrutura dos plasmodesmatas. (A) Vista longitudinal de plasmodesmatas atravessando as paredes de duas células jovens da endoderme; (B) Corte transversal de um plasmodesmata mostrando a sua natureza tubular. PM – Membrana plasmática; DT – Desmotúbulo

A evaporação da água na

folha gera uma pressão

negativa no xilema

De água da folha para a

Atmosfera

A força propulsora para a perda de água é a

diferença de concentração de vapor de água do ar.

A perda de água também é

regulada por resistências do

trajeto.

O Controle estomático

acopla a transpiração foliar à

fotossíntese foliar.

Exemplo da variação do potencial hídrico (Ψw) e dos seus componentes [osmótico (Ψπ) e de pressão (Ψp)] ao longo dos vários segmentos do CSPA (Continum solo-planta-atmosfera).

Tipos de transpiração: Tipo 1 corresponde a espécies parasitas. Tipo 2 seria as gramíneas, plantas do tipo 3 seriam aquelas em que os estômatos se fecham completamente próximo ao meio dia e há apenas a transpiração cuticular, como o feijoeiro. Plantas dos tipos 4 a 7 são de fotossíntese CAM as quais só abrem os estômatos à noite para fixar carbono via PEPCase. As variações entre os tipos de 4 a 7 são devidas à espessura das cutículas (mais espessa, menor transpiração).

Estômatos

Um aumento na pressão de turgescência da célula-

guarda abre o estômato.

As paredes celulares das células-guardas têm

características especializadas.

Visão geral: Continuum Solo-Planta-Atmosfera