potencial hidrico

Marcelo Francisco Pompelli

AULA 2Potencial hídrico e

transporte pelo xilema

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCOCENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICASDEPARTAMENTO DE BOTÂNICADISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA

A água – H2O • Pontes de Hidrogênio

– energia intrínseca de 20 kJ mol-1

– ligações covalentes464 kJ mol-1

– meia vida = 2 10-10

segundos

ÁGUA - PARTICULARIDADES

• pontes de hidrogênio0,177 nm

•+

•+

•H

•H•+

•+

•d –

•d –

•d –•d –

Pontes de hidrogênio no gelo

• São mais “ordenadas” do que na água líquidatornando-a densa

Água líquida

As pontes são fracas eencontram-se em constante reformação

Gelo

Pontes de hidrogênio são estáveis

pontes dehidrogênio

ØUnidades de medida do Yw : Øbar à unidade de pressão

1 bar = 0,987 atm1 bar = 0,1 MPa10 bars = 1 MPa1 N m-2 = 1 Pascal

ØFatores que reduzem o potencial de águaØadição de solutosØforças matriciaisØpressão negativa - transpiração

Potencial hídrico (Yw)

à adição de solutos (Ys)à presença de matriz coloidal – partículas de solo, celulose (Ym) à pressão hidrostática – ascensão no xilema (Yp)à pressão gravitacional – (Yg)

Yw = Ys + Ym+ Yp + Yg

Componentes do potencial hídrico (Yw)

Neste sentidoàO Ys, Ym, Ys diminuem o Yw, uma vez que são negativosà Já o Yp aumenta Yw, uma vez que é positivo

Ym na célula:

à parede celular (celulose)

à proteínas

à colóides do plasma em geral

Ym no solo:

à Ya = potencial de adsorção

à Yc = potencial capilar

Þ Embebição de sementes: aumenta o volume à Ym

à O potencial de pressão é o estado de tensão ao qual a planta ou os tecidos estão submetidos

Ex.: volume celular com entrada de água ® causa distenção da parede

Fatores que diminuem o Yw

COMPARAÇÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO

ü Pneu de carro cheio = 0,2 MPa

ü Pressão da água em canos caseiros = 0,2 a 0,3 MPa

Exemplo Água no soloFonte: www.geocities.com.br

a) água higroscópica

b) água como vapor

c) água líquida

Retenção de água no solo

Água higroscópica

PMP

Água capilar

Água gravitacional

CC

10 20

Teor de umidade do solo (%) MS

30 40 50 60 70

-0,4

-0,8

-1,2

-1,6

-2,0

Ywso

lo(M

Pa)

A capacidade de retenção de água no solo vai depender da sua composição físico química


PMP

Solo arenoso

Solo argiloso

CC 10 20

Teor de umidade do solo (%) MSTeor de umidade do solo (%) M

30 40 50 60 70

-0,4

-0,8

-1,2

-1,6

-2,0

Yw

solo

(MP

a)


água higroscópica

água aderida às partículas de solo

Água gravitacional

água em processo de drenagem

água capilar

água mantida nos microporos

água disponível para as plantas

capacidade de campo ponto de murcha

Absorção de água no solo

Raiz

Regiões da RaizMag

nitu

de

de A

bsor

ção região de maior

absorção pela raiz

O movimento de moléculas de água por difusão Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal

Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal

• Potencial hídrico

– afeta a captação e perda de água pelas células vegetais

• Se uma célula plácida for mergulhada em um ambientecom alta concentração de soluto

– a célula perde água e torna-se plasmolisada

Solução de sacarose 0.4 M:yP = 0yS = -0.9

yw = -0.9 MPa

Célula flácida inicial:yP = 0yS = -0.7

yw = -0.7 MPa

Célula plasmolisadaem equilíbrio osmóticocom o meio circundante

yP = 0yS = -0.9

yw = -0.9 MPa


• Se a mesma célula flácida for mergulhada em uma solução com baixa concentração de soluto

– a célula ganha água e torna-se túrgida

Água destilada:

Célula flácida inicial

Célula túrgidaem equilíbrio osmóticocom o meio circundante

yP = 0yS = -0.7

yP = 0yS = 0

yP = 0.7yS = -0.7

yw = -0.7 MPa

yw = 0 MPa

yw = -0 MPa


• A perda de turgor nas plantas causam murcha

– que pode ser revertida quando a planta é re-hidratada

Fonte: Campbell & Reece, 2005

Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal Parede celular - Exemplo

MineraisH2O CO2

O2

CO2 O2

H2O Sacarose

Luz

Açúcares são transportados pelofloema até as raízes e outraspartes da planta

6

Através dos estômatos, asfolhas captam CO2 e expelem

O2. O CO2 é utilizado para dirigira fotossíntese. Boa parte do O2

produzido pela fotossíntese podeser usado na respiração celular

4

Através da transpiração água é perdidapelas folhas (principalmente através dos

estômatos). Cria-se então uma forçamotriz que dirige o fluxo através do xilema

3

A água e os minerais sãotransportados das raízes para

a parte aérea, através do xilema

2

As raízes absorvemágua e minerais

dissolvidos nasuperfície do solo

1

Açúcares são produzidos nafotossíntese nas folhas5


Transporte de água pela planta

Raízes profundas como na planta de Salvia (Artemisia tridentata)

Transporte de água pela planta Elevação hidráulica

durante a noite durante o dia

Elevação hidráulica em Artemia tridentata. A água absorvida pelas raízes profundas move-se em direção às raízes. Ànoite, com uma baixa taxa de transpiração, a água pode ser liberada nas camadas mais superficiais do solo, favorecendo assim outras plantas com raízes menos profundas. Durante o dia, a maior parte da água captada pelas raízes édirecionada para a transpiração da própria planta. Fonte: Richards & Caldwell, 1987

Precipitação (Yg)

Infiltração

Lixiviação(erosão)

Percolação

Interceptação pelas plantas (10-50%)

Superfície do solo

Evaporação nasuperfície das folhas

Evaporaçãodo solo

Perda de vapor de águapara a atmosfera

Evapotranspiração

Transporte de águaatravés da planta

Captação de águapelas raízes

Água na Superfíciedo solo Yw = - 0,8 MPa

Superfície das raízesYw = - 1,1 MPa

FolhasYw = - 1,5 MPa

AtmosferaYw = - 30 MPa

Contínuum Solo-planta-atmosfera

A água se move através de um gradiente de

potencialhídrico (Yw)

O que acontece a noite?

Com os estômatosfechados o queacontece com essefenômeno?

Como o Ywresponde então?

Água na superfí-cie do solo

Yw = - 0,8 MPa

Superfície das raízesYw que era de – 1,1 MPa

passa para –0,4 MPa

FolhasYw que era de – 1,5 MPa


AtmosferaYw = - 30 MPa

Elevação Hidráulica: movimento de água no ecossistema

A noite, com osestômatosfechados o Ywda planta iguala-se com o Yw do solo

A água se move através de um

gradiente de potencial hídrico

(Yw)

Elevação hidráulica: movimento noturno de água atravésdas raízes das profundidades do solo únido para regiões

mais secas na superpície do solo

A água se move atravésde um gradiente de

potencial hídrico (Yw)

Água na superfí-cie do solo

Yw = - 0,8 MPa

Superfície das raízesYw que era de – 1,1 MPa


Água nas profundidadesdo solo Yw = - 0,3 MPa

Legenda

Simplasto

Apoplasto

O simplasto é ocontinuum do

citosol conectadospor plasmodesmos.

O apoplasto éo continuum de paredescelulares e espaçosintercelulares

Apoplasto

Rota transmembrana

Rota simplásticaRota apoplástica

Simplasto

Rotas de transporte entre células. A nível de tecido, há três rotas: a transmembrana, simplástica e a apoplástica. Substâncias podem ser transferidas por uma ou outra via, dependendo de algumascaracterísticas específicas

Transporte de água pela planta (continuação)


Ascensão da seiva xilemática

Xilema

Ar externoYw= –100.0 MPa

Espaços de ar da folhaYw = –7.0 MPa

Parede celularda folhaYw = –1.0 MPa

Xilema caulinarYw = – 0.8 MPa

Gra

die

nte

de

po

ten

cia

lhíd

ric

o

Xilema radicularYw = – 0.6 MPa

Solo Yw = – 0.3 MPa

Células do mesofilo

Estômato

Moléculas de água

AtmosferaTranspiração

Células doxilema Adesão

Parede celular

coesão, proporcionada pelaspontes de hidrogênio

Moléculas de água

Pêlos radiculares

Partículas do solo

água

Tensão / coesãodas moléculasde águano xilema

Captação de águado solo


Composição celular do xilema

• Elementos traqueais

• constituído de dois tipos básicos:

• traqueídes que não são perfuradas

• elementos de vaso com placas de perfuração


• TRAQUEÍDES

• São típicas dasgimnospermas, sendotambém encontradasentre as famílias pri-mitivas das angiospermas

• Elas de posicionamem fileiras longitudinais,justapondo-se pelasextremidades nãoperfuradas

Fonte: Taiz & Zeiger, 2006


• ELEMENTOS DE VASO

• São característicos dasangiospermas e das ordens mais evoluídasdas gimnospermas

• Também ocorrem em fileiras longitudinais, comunicando-se atravésdas placas de perfuração, constituindovasos

Fonte: Taiz & Zeiger, 2006


• Tanto as traqueídes quanto os elementos de vaso, no curso de sua diferenciação, perdem seus protoplastos, tornando-se aptos para o transporte de água e dos sais minerais

• Nos elementos de vaso, a parede terminal de cada extremidade sofre um processo de dissolução, originando a placa de perfuração

dissolução total da parede terminal

dissolução parcial da parede terminal

Composição celular do xilema Ascensão da seiva xilemática

Força motriz da ascensão xilemática

Força motriz da ascensão xilemática

H2O, calor latenteCO2

Estômato

Interior da folha Atmosfera

Águado solo

fotossíntese

Resistênciaestomática

Os estômatos se abrem e se fechamde forma a regular a entrada de CO2associada com a perda de água

COM OS ESTÔMATOS ABERTOS

Câmara subestomática

ESTÔMATOS EM ABERTURA MÁXIMA E ÁGUA EM ABUNDÂNCIA




Estômato


Águado solo

fotossíntese



QUANDO A ÁGUA DIMINUI NO SOLO



Estômato


Águado solo

fotossíntese



MENOS ÁGUA NO SOLO



Estômato


Águado solo

fotossíntese



O estômato se fechacompletamente para

reduzir a perda de água, com isso a fotossíntese

tbem diminui



Estômato


Águado solo

fotossíntese


Fatores que afetam a perda de vapor de água Os estômatos

Em geral quanto maisestômatos tiver uma

planta maior será suacapacidade de regulaçãodas perdas de água num

curto tempo

Carnegiea gigantea estocaágua em seus caules para

manter um potencial hídricoelevado como estoque

Diminuição da área foliar e manutenção de água nos tecidos Raízes profundas e máxima exploração do solo Capacidade de ajuste osmótico

-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 00

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Potencial Hídrico Foliar (MPa)

Po

ten

cial

de

pre

ssão

(M

Pa)

A) Ilustra uma típica diminuição do Yp com um rápido declínio do Yw de uma planta sem ajuste osmótico

A

B

C

B) Ilustra a mesma planta quando o ajustamento osmótico ocorre com a diminuição do Yw da plantaC) Ilustra a resposta da mesma planta durante um subsequente evento de déficit hídrico

Capacidade de ajuste osmótico – Osmólitos compatíveis

(CH3)3 N+CH2COO-

(CH3)3 N+CH2CH2OH

(CH3)3N+CH2CHO

(CH3)3N+(CH2)3COO-

(CH3)2N+CH2COO-

Glicina Betaína

Colina

Betaína Aldeído

Trimetil-g-amino butirato

Dimetil glicina

H-H+

COO-

N+

H3C

H3CCOO-

Prolina

Prolina betaína

potencial hidrico

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