Aula 4 - Relações Hídricas: parte I

Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira
Fisiologia Vegetal
A água e a célula vegetal
IMPORTÂNCIA E FUNÇÕES DA ÁGUA NAS PLANTAS
FISIOLOGIA VEGETAL
Relações hídricas – Parte I
• Cada g de M. O. produzida pela pta → 500 g de água:
→ Absorvidos pelas raízes
→ Transportados através do corpo da planta
→ Perdido para atmosfera através das folhas
• Planta de milho consome cerca de 100 vezes mais água que
seu peso fresco p/ completar seu ciclo
• Volume consumido/planta de milho durante o ciclo: 200 L
Pombal – PB
• Sob dia ensolarado: a planta renova 100% de seu conteúdo
de água em apenas uma hora
OUTROS DESTAQUES EM RELAÇÃO A ÁGUA
CONTEÚDO DE ÁGUA NOS TECIDOS VEGETAIS
• Mais abundante e melhor solvente
• Tecidos vegetais em crescimento: 80-95%
• Frutos e folhas: 80-90%
• Madeira (tecidos lenhosos): 35-75%
• Raízes tuberosas: 70-95%
• Sementes secas: 5-15%
• É o solvente em que os sais minerais penetram nas
raízes e são transportados através da planta
• É também o solvente em que os fotoassimilados e outros
compostos orgânicos são transportados
• O ganho e a perda de água das células e tecidos são
responsáveis por vários movimentos na planta (abertura e
fechamento de estômatos, flores e folíolos)
• O aumento de tamanho e de volume das células depende
da absorção de água
• De todas as substâncias que entram e saem da planta a
água é o recurso requerido em maior quantidade e o mais
limitante p/ a produtividade agrícola
• Ambiente onde ocorre a maioria das reações bioquímicas
celulares
• É responsável pela turgescência das células e como
conseqüência pela forma e estrutura dos tecidos que não
possuem rigidez
• Sua alta capacidade de absorver calor contribui para
que as plantas não sofram tanto com as flutuações de
temperatura do ambiente
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EXISTEM QUATRO TIPOS DE PLANTAS DE ACORDO
COM A DISPONIBILIDADE DE ÁGUA NO AMBIENTE
• Hidrófilas: vivem parcial ou totalmente submersas
♦ Presença de aerênquima na folha
Ex: Vitória Régia
• Higrófilas: vivem em ambientes excessivamente úmidos e
sombreados
♦ Grande superfície foliar
♦ Cutícula fina
♦ Pouco controle da transpiração
Ex: Samambaias
• Mesófilas: crescem em solos úmidos mais bem drenados
♦ Regulam a perda de água através dos estômatos
♦ Cutícula geralmente impermeável
♦ Sistema vascular bem desenvolvido (xilema)
♦ Sistema radicular extenso
Ex: Maioria das plantas cultivadas
• Xerófilas: ocorrem geralmente em desertos e regiões de
baixa precipitação
♦ Folhas pequenas
♦ Presença de pêlos e espinhos
♦ Armazenam água em caules e folhas
♦ Cutícula cerosa
♦ Quase sempre apresentam o metabolismo CAM
ESTRUTURA E PROPRIEDADES DA ÁGUA
• A molécula da água apresenta:
→ Um átomo de Oxigênio (O)
→ Dois átomos de Hidrogênio (H)
→ Ligados covalentemente
• Características da molécula de água:
→ O Oxigênio é mais eletronegativo que o Hidrogênio
→ Oxigênio atrai os elétrons da ligação covalente
→ Formação de carga parcial negativa no oxigênio
→ Formação de carga parcial positiva no hidrogênio
→ As ligações formam um ângulo de 105º
DESEQUILÍBRIO NO FLUXO DE ÁGUA CAUSA:
• Déficit hídrico na planta
• Mau funcionamento dos processos celulares
Grande desafio enfrentado pelas plantas:
→ Equilibrar a perda de água
→ Associada a captação de CO2 (fotossíntese)
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• Polaridade da molécula de água deve-se:
→ Separação de cargas parciais (- e +)
→ Formato da molécula de água
→ Ligações do tipo eletrostática entre moléculas de
água (pontes de hidrogênio)
• Água: excelente solvente
→ Natureza polar
→ Tamanho da molécula de água
→ Natureza polar de substâncias iônicas e solutos
orgânicos (açúcares – OH- e proteínas – NH2+)
• Água: propriedades térmicas
→ Calor específico: é o calor necessário p/ aumentar a
temperatura de uma substância em uma quantidade
específica (1ºC → 1g de água)
♦ A água apresenta alto calor específico: requer uma
grande quantidade de energia p/ elevar sua TºC
♦ Proporciona maior equilíbrio nas flutuações de TºC
→ Calor latente de vaporização: é a energia necessária
p/ separar a água da fase líquida p/ a fase gasosa
♦ A água apresenta alto calor latente de vaporização
15ºC → 588 cal g-1 → folha perde 2.462 J de energia calórica
• Água: coesão, adesão e tensão superficial
→ Coesão: atração mútua entre moléculas de água
→ Adesão ou aderência: atração da água a uma
superfície sólida (ex: parede celular)
→ Tensão superficial (TS): coesão + adesão
♦ Formação de gotículas sobre superfície sólida (folha)
♦ Evita a entrada de água pelos estômatos qdo abertos
♦ Presença de íons aumenta a TS
♦ Alta temperatura reduz a TS
♦ Detergentes e surfactantes reduzem a TS
PROCESSOS DE TRANSPORTE DE ÁGUA
Água: Solo → Planta → Atmosfera (transpõe vários meios)
♦ Espaços intercelulares
♦ Parede celular
♦ Membrana plasmática
♦ Citoplasma
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Existem três processos de transporte de água:
→ Difusão
→ Fluxo de massa
→ Osmose
• Difusão
→ É o movimento de moléculas de água como resultado
da agitação térmica com progressivo deslocamento de
regiões de alta p/ baixa energia livre
→ O movimento de água ocorre a favor de um gradiente
de concentração: alta → baixa
→ Década de 1880: Adolf Fick descobriu que a taxa de
transporte é diretamente proporcional ao gradiente
de concentração
Js = - Ds (∆cs/∆x)
onde:
Js = taxa de fluxo ou transporte
Ds = Coeficiente de difusão
♦ Tamanho da molécula
♦ Meio de difusão
∆cs = Gradiente de concentração
∆x = Distância percorrida
→ Difusão é rápida p/ curtas distâncias:
♦ Difusão da glicose a distância de 1 m:
T = L2/Ds
Ds = 10-9 m2 s-1
onde:
L=1m
T = tempo de difusão ou transporte
T ≈ 32 anos
L = distância
Ds = Coeficiente de difusão
• Fluxo de massa
→ É o movimento em conjunto de grupos de moléculas
♦ Difusão célula-célula da glicose
em resposta a um gradiente de pressão
Ds = 10-9 m2 s-1
L = 50 µm (50 x 10-6 m)
T = 2,5 s
→ O fluxo de massa é responsável pelo transporte da
água a longa distância
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Taxa de fluxo depende:
R = raio
η = viscosidade
∆ΨP/∆x = gradiente de pressão
→ Na osmose atua o gradiente de concentração
(difusão) e pressão (fluxo de massa)
→ Água move-se de uma região de alto a baixo potencial
químico
Descobridor dessa relação foi o Francês Poiseuille:
Onde:
Taxa de fluxo = (πr2/8η) (∆ΨP/∆x)
• Osmose
→ Movimento da água através de uma membrana por um
processo energético espontâneo
• Potencial químico da água
→ Representa o status de energia livre da água
→ Energia livre: força que dirige o movimento da água
nas plantas
→ Potencial químico: é a quantidade de energia livre que
um sistema qualquer tem para realizar trabalho
• Em fisiologia vegetal exprimi-se o estado hídrico das
plantas em termos de potencial hídrico que utiliza
unidades de pressão (J m-3)
→ 1,0 mol de água = 18 x 10-6 m3 mol-1 (V. molal da água)
→ J mol-1/ m3 mol-1 = J m-3 = N m-2 = Pa
Unidade usuais de pressão:
105 N m-2 = 1 bar = 0,987 atm = 0,1 Mpa = 10,33 m. c. a.
♦ Quando ocorre liberação ou perda de energia livre
reduz-se o potencial químico da água
♦ O potencial químico é expresso em unidades de energia
• Potencial hídrico: medida de energia livre por unidade de
volume. É utilizado p/ indicar o déficit hídrico das ptas.
(J mol-1)
Ψw Depende de três fatores:
Estimativa do potencial osmótico:
→ Concentração
Ψs = - Rtcs
→ Pressão
→ Gravidade
Ψw = Ψs + Ψp + Ψg
• Potencial de soluto ou osmótico: representa o efeito de
Onde:
R = constante dos gases (8,32 J mol-1)
t = temperatura em ºK (TºK = TºC + 273)
cs = concentração do soluto (mol L-1)
solutos dissolvidos na água sobre o potencial hídrico
→ Solutos reduzem a energia livre da água
Substâncias não-dissociáveis:
→ Reduz a pressão de vapor
♦ Sacarose (0,1 mol L-1) → Cs = 0,1 mol L-1
→ Eleva o ponto de ebulição
→ Diminui o ponto de congelamento
♦ t = 20ºC → 293ºK → Ψs = - 0,244 Mpa
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Substâncias dissociáveis:
♦ NaCl (0,1 mol
L-1)
→ Cs = 0,2 mol
• Potencial de gravitacional: faz com que a água mova-se
L-1
para baixo
Depende:
♦ t = 20ºC → 293ºK → Ψs = - 0,488 Mpa
→ Densidade da água
→ Altura
• Potencial de pressão = pressão hidrostática da solução
→ Pressões positivas: aumentam o Ψw
→ Aceleração da gravidade
Ψg = Dahg
→ Pressões negativas: diminuem o Ψw
A nível celular:
A nível celular:
→ Pressão hidrostática = pressão de turgor
→ Potencial gravitacional é desprezível
→ Xilema e espaços intercelulares: pressões negativas
→ Ψw = Ψs + Ψp
STATUS DO POTENCIAL HÍDRICO DAS PLANTAS
VERSUS
ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS
Método baseado na mudança de peso do tecido (Ψw)
MÉTODOS UTILIZADOS
NA DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO
E OSMÓTICO EM PLANTAS
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Bomba de pressão ou Sholander (Ψw)
Bomba de pressão ou Sholander (Ψw)
Osmômetro – pressão de vapor (Ψs)
Bomba de pressão ou Sholander (Ψw)
Osmômetro – ponto de congelamento (Ψs)
Refratômetro – sólidos solúveis totais (Ψs)
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Refratômetro – sólidos solúveis totais (Ψs)