[aula] fluxo de Água no sistema solo-planta-atmosfera - por natalia teixeira schwab

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Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciência Rurais Depto. de Fitotecnia Ecologia Agrícola Aula: Água no sistema solo-planta-atmosfera Profª. Natalia Teixeira Schwab Santa Maria, novembro de 2014.

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Ministrado para a disciplina de Ecologia Agrícola - Curso de Agronomia - UFSM - Por Natalia Teixeira Schwab

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  • Universidade Federal de Santa Maria Centro de Cincia Rurais

    Depto. de Fitotecnia Ecologia Agrcola

    Aula:

    gua no sistema solo-planta-atmosfera

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Santa Maria, novembro de 2014.

  • 1. Introduo

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    cultura

    clima

    gua

    solo

    Relaes complexas

    processos biolgicos

    processos fisiolgicos

    processos fsicos

    processos qumicos

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    cultura

    clima

    gua

    solo

    Relaes complexas

    processos biolgicos

    processos fisiolgicos

    processos fsicos

    processos qumicos

    Esse conhecimento deve ser reduzido a um nmero manejvel de componentes principais

    para permitir uma anlise significativa do efeito desses componentes sobre a cultura, a nvel de campo (DOORENBOS; KASSAM, 1994)

    1. Introduo

  • Quais as propriedades da gua?

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Polaridade: a molcula de gua apresenta distribuio desigual das cargas eltricas (bipolo).

    2. Propriedades da gua

    -

    + +

    Ligaes covalentes

    Influi em uma srie de propriedades fsicas e qumicas como tenso superficial, solubilidade, ponto de fuso e ponto de

    ebulio. Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Constante dieltrica: a capacidade de neutralizar partculas com carga eltrica. A gua tem alta constante dieltrica, formando capas de hidratao no entorno de molculas eletricamente carregadas.

    2. Propriedades da gua

    Solvente universal

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Calor especfico: a quantidade de energia necessria para elevar a temperatura de uma substncia. A gua tem alto calor especfico, ou seja, necessria uma grande quantidade de energia para elevar sua temperatura. Da mesma forma, o resfriamento da gua lento.

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    20oC 100oC 0oC

    Estabilidade trmica

    Energia Energia

  • Calor latente de vaporizao: quantidade de energia necessria para promover a passagem de gua do estado lquido para o estado gasoso. A gua tem alto calor latente de vaporizao, ou seja, necessria alta quantidade de energia para a troca de fase,

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Para as planta importante porque a gua ser evaporada levando consigo energia depositada nos

    tecidos pela radiao solar, ou seja, ocorre um RESFRIAMENTO dos tecidos atravs do processo de

    TRANSPIRAO da planta.

  • Tenso superficial: a interface entre lquido-atmosfera, formando um menisco. A tenso superficial da gua alta.

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    A tenso superficial juntamente com a

    adeso e coeso so responsveis pelo

    fenmeno da CAPILARIDADE.

  • Resistncia tenso: a resistncia a fortes presses negativas que a gua apresenta, o que, at determinado limite, evita o rompimento da coluna de gua (cavitao).

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Quanto mais pura gua, maior a

    resistncia tenso.

  • Absoro de radiao eletromagntica: gua absorve radiaes com comprimentos de onda maiores que 1300 m, no atrapalhando o processo de absoro de radiao pelos cloroplastos, j que o comprimento de onda utilizado para fins de fotossntese fica na ordem de 400 a 700 m.

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    X 1300 m 400 a 700 m

  • Ponto de fuso e ebulio: a gua apresenta pontos de fuso (0C) e ebulio (100C) bem distanciados, o que permite que se mantenha no estado lquido em uma ampla variao de temperatura.

    2. Propriedades da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    100oC 0oC

    X

  • Quais as funes da gua na planta?

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a gua compem grande percentual da massa celular, sendo que, quanto

    maior o contedo de gua em um tecido, mais alta sua taxa

    metablica.

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a gua participa de diversas reaes na planta, sendo fonte de

    hidrognio e eltrons no processo fotossinttico, produto da reao da respirao, participa de reaes

    de condensao e hidrlise, etc.

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    por apresentar alta constante dieltrica e polaridade, a gua classificada como um solvente

    universal, pois capaz de interagir com um grande nmero de

    molculas, causando sua dissoluo.

    Os solutos, quando dissolvidos em gua, podem ser transportados,

    como ocorre com os nutrientes que so absorvidos pela razes e so

    transportados diludos em gua at as folhas.

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a gua absorvida pelas clulas causa uma presso nas paredes que, em resposta,

    geram a chamada presso de TURGOR ou TURGESCNCIA, fenmeno muito

    importante para a expanso celular, movimento estomtico e manuteno da

    rigidez de tecidos jovens (no lignificados).

  • Composio dos tecidos

    Participao em reaes

    Solvente e meio de transporte

    Turgescncia

    Estabilidade trmica

    3. Funes da gua na planta

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    como a gua apresenta alto calor especfico, isto promove uma alta

    estabilidade trmica aos tecidos que possuem a gua na sua composio. O

    metabolismo na planta muito dependente desta estabilidade trmica, pois alteraes

    na temperatura podem causar mau funcionamento de enzimas.

  • Como a gua se movimenta?

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 4. Movimento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    O movimento de gua na planta pode se dar por trs maneiras:

    1. Difuso

    2. Fluxo de massa

    3. Osmose

  • 4. Movimento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    1. Difuso: o movimento espontneo impulsionado por uma diferena de concentrao entre dois pontos. Ex.: transpirao.

    um movimento que sofre influencia do tamanho da molcula (molculas maiores, tem menor difuso), pela temperatura (quanto maior a

    temperatura, maior a difuso) e do meio (no meio gasoso a difuso maior que no meio lquido e slido).

  • 4. Movimento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    2. Fluxo de massa: o movimento espontneo impulsionado por uma diferena de presso entre dois pontos.

    presso positiva (presso de raiz)

  • 4. Movimento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    2. Fluxo de massa: o movimento espontneo impulsionado por uma diferena de presso entre dois pontos.

    presso negativa (tenso)

    O fluxo de massa caracteriza o transporte de gua que ocorre nos vasos condutores do xilema, sendo um movimento bastante

    importante para transporte a longas distncias, de gua no estado lquido.

  • 4. Movimento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    3. Osmose: o transporte espontneo de gua atravs de uma membrana semipermevel, em resposta uma diferena de potencial (vai do maior para o menor potencial).

    A gua atravessa as membranas via protenas integrais especializadas, chamada AQUAPORINAS, sendo um movimento

    de foras compostas (presso e concentrao).

  • Como se d o movimento da gua no sistema S-P-A?

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    O movimento da gua ao longo do sistema que inclui o solo, a planta e

    a atmosfera governado pela demanda atmosfrica

    depende da radiao solar, da velocidade do vento, da temperatura do ar e do

    contedo de vapor de gua na atmosfera, e a interao desses elementos com a cultura.

    Dficit de presso de vapor (DPV) existente na interface atmosfera-folha

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Essa perda de gua se d via estmato, que composto por duas clulas-guarda que abrigam

    um poro (ostolo), podendo abrir-se ou fechar-se, fazendo a regulao da sada de gua.

    atravs do estmato tambm que ocorre o ingresso de CO2 na planta, essencial para as reaes

    fotossintticas

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    difuso

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    TC Cria-se uma presso negativa

    (ou tenso) na pelcula de gua (oriunda do xilema) que

    recobre as clulas do mesfilo foliar

    A intensa radiao e a alta temperatura provocam a perda de gua da planta em forma de vapor para a atmosfera, fenmeno chamado

    de TRANSPIRAO, que tem como objetivo a regulao da temperatura do tecido vegetal. vapor dgua

    DPV

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    transpirao A transpirao da planta regulada pela abertura e fechamento do estmato (condutncia estomtica) e tambm pela presena de uma camada de ar

    estacionria prxima folha, chamada camada limite ou camada limtrofe.

    Quando na ausncia de vento, possui grande concentrao de

    vapor de gua, reduzindo a transpirao

    Quando o vento intenso, essa camada pode ser desfeita, o que acentua a perda de gua

    para a atmosfera

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    A camada limite pode ser influenciada:

    pela forma e tamanho das folhas

    pela presena de tricomas

    desenvolvimento de estmatos em regies invaginadas da folha

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Gerada a tenso na coluna de gua pelo

    processo de transpirao, a gua puxada ou tensionada da raiz em

    direo a folha via xilema

    transpirao

    A gua no xilema movimentada

    por fluxo de massa

    Quando a transpirao muito intensa e o suprimento de gua na raiz no satisfatrio

    para atender a demanda, pode ocorrer quebra da coluna de gua no xilema, processo chamado

    de EMBOLISMO ou CAVITAO.

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    transpirao

    A tenso gerada na folha pela transpirao estende-se at as razes e essa tenso transmitida para a pelcula de gua que recobre as clulas do tecido radicular.

    Essa tenso faz com que a gua presente na soluo do solo se movimente em direo

    raiz, especialmente na regio dos plos radiculares, por fluxo de massa.

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Quando em contato com o plo radicular, a gua pode ingressar, por osmose, nos tecidos

    por trs vias:

    1) via apoplasto (via de baixa resistncia, onde a gua se desloca nas paredes celulares

    e espaos intercelulares)

    2) via simplasto (atravs da rede de citoplasmas interconectados pelos

    plasmodesmas) ou

    3) via transmembrana (movimento de clula a clula, passando pelas membranas

    atravs de protenas integrais especializadas, as aquaporinas).

    Ao alcanar o xilema, por qualquer uma destas vias, a gua direcionada aos elementos de

    vaso, onde segue o fluxo de massa at chegar folha.

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    No solo a gua movimentada para a regio prxima ao plo radicular

    via fluxo de massas, sempre da regio mais mida (maior potencial hdrico) em direo regio mais

    seca (baixo potencial hdrico).

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    O movimento da gua do solo at a atmosfera s ocorre por que entre este

    caminho existe um gradiente de potencial de gua, ou seja, para que

    haja movimento o potencial de gua no solo deve ser sempre maior do que o

    potencial de gua na atmosfera = LEI DE DARCY

    Nesse movimento NO H GASTO DE ENERGIA, sendo um processo puramente fsico. O potencial de gua um somatrio

    menos negativo

    altamente negativo

    a = presso + osmtico + gravitacional + matricial

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a = presso + osmtico + gravitacional + matricial

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    tenso gerada pela transpirao

    concentrao de solutos ao longo do

    sistema

    considerado em plantas de grande

    porte

    reteno da gua na matriz do solo

    O potencial de presso (p) o que gera maior gradiente para que o movimento ocorra.

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a = presso + osmtico + gravitacional + matricial

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    QUAL A DIREO DO FLUXO DE GUA??

    X X

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a = presso + osmtico + gravitacional + matricial

    5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    Diagrama ilustrando a contribuio do potencial hdrico e de seus componentes para o movimento de gua entre clulas (Hopkins, 2000).

    X X

  • 5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    Atmosfera = -10 a -100 MPa

    Solo = -0,01 a -0,2 MPa

    Raiz = -0,1 a -1,0 MPa

    Folha = -0,5 a -2,0 MPa Potencial

    hdrico no sistema S-P-A

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 5. Movimento da gua no sistema S-P-A

    Solo = Fluxo de massas

    Solo-raiz = Osmose

    Dentro da planta= Fluxo de massas

    Planta-atmosfera= Difuso

    O movimento da gua no sistema S-P-A um processo passivo, que ocorre em resposta uma fora fsica, sem que haja necessidade de qualquer atividade metablica para que

    ocorra.

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Dficit de presso de vapor - Demanda atmosfrica-

    Transpirao

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Transpirao DPV

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Equao do fluxo transpiratrio

    Fluxo transpiratrio =

    Concentrao de vapor de gua na cmara subestomtica

    Concentrao de vapor de gua na atmosfera

    Resistncia foliar Resistncia da camada limtrofe

    +

    -

    6. Fluxo transpiratrio

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Fluxo transpiratrio =

    Concentrao de vapor de gua na cmara subestomtica

    Concentrao de vapor de gua na atmosfera

    Resistncia foliar Resistncia da camada limtrofe

    +

    -

    Dficit de presso de vapor

    Concentrao de vapor de gua na cmara subestomtica sempre

    maior que a concentrao de vapor de gua na atmosfera.

    6. Fluxo transpiratrio

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Fluxo transpiratrio =

    Concentrao de vapor de gua na cmara subestomtica

    Concentrao de vapor de gua na atmosfera

    Resistncia foliar Resistncia da camada limtrofe

    +

    -

    1/Resistncia foliar = (1/Resistncia estomtica) + (1/Resistncia cuticular)

    ?

    6. Fluxo transpiratrio

  • Resistncia estomtica...

    Depende:

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    do grau de abertura

    Absoro pelas clulas-guarda

    Grau de abertura do ostolo

    Estmato aberto

    Estmato fechado

    Quanto maior o grau abertura estomtica, menor a

    resistncia.

  • Resistncia estomtica...

    Depende:

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Concentrao de CO2

    Concentrao de CO2

    Resistncia estomtica

    Grande concentrao de CO2 na cmara, causa

    fechamento do estmato.

  • Resistncia estomtica...

    Depende:

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Fluxo de Luz

    Fluxo de luz

    Resistncia estomtica Luz provoca a abertura

    dos estmatos.

  • Resistncia estomtica...

    Depende:

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Condio hdrica

    Potencial de gua na folha (-)

    Resistncia estomtica

    Limiar de sensibilidade estomtica

    Reduo da disponibilidade hdrica na folha causa

    fechamento dos estmatos

  • Resistncia estomtica...

    Depende:

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    ABA

    Potencial de gua na folha (-)

    Resistncia estomtica

    Limiar de sensibilidade estomtica

    Baixo potencial de gua

    Baixo potencial de gua

    Baixo potencial de gua

    ABA

    ABA ABA

    Fechamento estomtico

    Sinal hidrulico

    Raiz Folha

    Mutante que no sintetiza

    ABA

  • Resistncia estomtica...

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    A abertura estomtica se correlaciona com a atividade fotossinttica e com o estado hdrico:

    - Se h fotossntese: h luz e baixo nveis de CO2 na cmara subestomtica

    Ambas condies favorecem a abertura dos estmatos

    -- Em baixos potenciais de gua e altos DPV h induo para o fechamentos estomtico

    A figura mostra o grau de abertura dos estmatos (s) e a taxa de transpirao (t) de

    uma planta em diferentes horas do dia.

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Fluxo transpiratrio =

    Concentrao de vapor de gua na cmara subestomtica

    Concentrao de vapor de gua na atmosfera

    Resistncia foliar Resistncia da camada limtrofe

    +

    -

    O vento reduz a espessura da camada limite.

    6. Fluxo transpiratrio

  • E se faltar gua neste sistema???

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • E se faltar gua neste sistema???

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Estresse hdrico

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    O estresse por dficit hdrico nas plantas ocorre quando a taxa de transpirao excede a taxa de absoro de gua pelas razes e pode ser provocado:

    por um dficit no seu suprimento na zona radicular e/ou

    por uma excessiva demanda evaporativa da atmosfera

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    O estresse por dficit hdrico nas plantas ocorre quando a taxa de transpirao excede a taxa de absoro de gua pelas razes e pode ser provocado:

    por um dficit no seu suprimento na zona radicular e/ou

    por uma excessiva demanda evaporativa da atmosfera

    As primeiras respostas ao dficit hdrico parecem ser controladas mais por eventos biofsicos do que por alteraes

    nas reaes qumicas da planta.

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Reduo da expanso celular O dficit reduz o turgor

    celular, responsvel pela expanso e diviso celular.

    Reduo da sntese de paredes celulares e protenas

    1) Reduo da expanso da rea foliar

    A reduo da rea foliar reduz a rea transpirante, conservando o suprimento

    de gua por um perodo mais longo.

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Reduo da expanso da rea foliar mas a taxa fotossinttica a mesma...

    Fotoassimilados so distribudos para as razes (crescimento compensatrio)

    2) Crescimento radicular em profundidade

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    3) Fechamento estomtico

    Fechamento hidropassivo: clula guarda perde gua

    por evaporao

    Fechamento hidroativo: folha desidratada por

    inteira, reduzindo o contedo de gua na

    clula guarda.

    Mensagem originria do sistema radicular:

    envio do sinal ABA

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Porque a primeira linha de defesa no o fechamento estomtico?

    7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • Porque a primeira linha de defesa no o fechamento estomtico?

    7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    A condutividade estomtica est mais ligada com o potencial de gua no solo do que com o potencial

    de gua na folha.

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque ocorre murchamento mesmo em

    plantas irrigadas?

    Como explicar o murchamento de plantas em ambientes alagado?

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque ocorre murchamento mesmo em

    plantas irrigadas?

    Como explicar o murchamento de plantas em ambientes alagado?

    Em casos onde a demanda atmosfrica muito grande, o movimento da gua na planta no consegue atender a esta

    demanda na mesma velocidade.

    Em situaes extremas pode ocorrer a quebra da coluna de gua no interior do xilema (embolismo), o que obstrui a

    passagem de gua, causando murchamento.

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Perodos de crescimento sensveis ao dficit hdrico para diferentes culturas

    Cultura Perodo crtico

    Arroz Durante o perodo de desenvolvimento da pancula e na florao

    Algodo Florao e formao das maas

    Batata Perodo de estolonizao e iniciao da formao do tubrculo

    Cana-de-acar Perodo de perfilhamento e alongamento dos talos

    Feijo Perodo de florao e enchimento das vagens

    Girassol Perodo de florao

    Milho Perodo de florao

    Oliveira Antes da florao e no endurecimento do caroo

    Soja Florao e formao da colheita

    Trigo Perodo de florao

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque as plantas so mais sensveis ao dficit hdrico na fase reprodutiva?

  • 7. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque as plantas so mais sensveis ao dficit hdrico na fase reprodutiva?

    Nessa fase a prioridade na translocao de fotoassimilados a parte reprodutiva da planta

    (flores e frutos) em detrimento do sistema radicular. Com isso no h possibilidade de aprofundamento

    do sistema radicular, no havendo aumento na rea de absoro de gua, tornando o dficit hdrico

    mais problemtico para a planta.

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Movimento da gua = diferena de potencial

    1. Potencial Hdrico

    maior

    menor

    a ou w = presso + osmtico + gravitacional + matricial

    energia livre associada s molculas de gua

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Potencial matricial (m)

    1. Potencial Hdrico

    Representa a quantidade de presso de deve ser aplicada para remover uma unidade de gua retida na matriz do solo. Resultado de foras capilares e de adsoro que surgem devido interao entre a gua e as partculas slidas.

    m = altamente negativo

    X

    m = nulo

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Potencial gravitacional (g)

    1. Potencial Hdrico

    Representa a energia da gravidade, que causa movimento descendente da gua (desde que no ocorra uma fora oposta de igual magnitude).

    g +

    g -

    Plano de referncia

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Potencial gravitacional (g)

    1. Potencial Hdrico

    g = m. g. h

    Massa especfica da gua = 1,00 g/cm

    Acelerao da gravidade =

    9,80665 m/s

    Altura em relao ao ponto

    de referncia

    Ainda que frequentemente negligenciado em sistemas vegetais, o g aumenta 0,01 Mpa/m acima da altura do solo, e por isso

    dever ser includo sempre que se estudam rvores.

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Potencial osmtico (os ou )

    1. Potencial Hdrico

    os = - R. T. C

    Constante geral dos gases = 0,0083143 Mpa/mol/K

    Temperatura (K) = (C +273)

    Concentrao absoluta do

    soluto (mol/L)

    Sempre negativo!

  • Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Potencial presso (p)

    1. Potencial Hdrico

    p = 4,566 . T . Ln (UR/100)

    Temperatura (em K) Umidade relativa do ar (%)

    1 atm 0,1013 MPa

  • Calcule o p da folha (em Mpa) sabendo que a T = 27C e ...

    UR (%) p em atm p em Mpa

    100

    99,9

    95

    70

    50

    20

    10

    Prof. Natalia Teixeira Schwab p = 4,566 . T . Ln (UR/100)

  • Calcule o p da folha (em Mpa) sabendo que a T = 27C e ...

    UR (%) p em atm p em Mpa

    100 0 0

    99,9 -1,37 -0,13

    95 -70,26 -7,11

    70 -488,57 -49,49

    50 -949,47 -96,18

    20 -2204,60 -223,3

    10 -3154,08 -316,5

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  • E se faltar gua neste sistema???

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  • E se faltar gua neste sistema???

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    Estresse hdrico

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    O estresse por dficit hdrico nas plantas ocorre quando a taxa de transpirao excede a taxa de absoro de gua pelas razes.

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    taxa de transpirao

    taxa de absoro >

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    O estresse hdrico pode ser provocado:

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    por um dficit no seu suprimento na zona

    radicular

    por uma excessiva demanda evaporativa da

    atmosfera

    DPV

    Solo seco

    taxa de transpirao

    taxa de absoro >

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Como a planta responde ao estresse hdrico?

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  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Como a planta responde ao estresse hdrico?

    As primeiras respostas ao dficit hdrico parecem ser controladas mais

    por eventos biofsicos do que por alteraes nas reaes qumicas da

    planta.

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  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

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    Reduo da expanso celular O dficit reduz o turgor

    celular, responsvel pela expanso e diviso celular.

    Reduo da sntese de paredes celulares e protenas

    1) Reduo da expanso da rea foliar

    A reduo da rea foliar reduz a rea transpirante, conservando o suprimento

    de gua por um perodo mais longo.

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Reduo da expanso da rea foliar mas a taxa fotossinttica a mesma...

    Fotoassimilados so distribudos para as razes (crescimento compensatrio)

    2) Crescimento radicular em profundidade

    Inicia o acmulo de cido abscsico (ABA) nas razes e

    folhas

    Sem estresse

    Com estresse

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

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    3) Fechamento estomtico

    Fechamento hidropassivo: clula guarda perde gua

    por evaporao

    Fechamento hidroativo: folha desidratada por

    inteira, reduzindo o contedo de gua na

    clula guarda.

    Mensagem originria do sistema radicular:

    envio do sinal ABA

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Linhas de Defesa (eventos biofsicos) :

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    3) Fechamento estomtico

    Com esse fechamento, ocorre reduo na condutividade estomtica, ou seja, a entrada de CO2 reduzida e, com isso, grande reduo na

    fotossntese.

    O resultado a reduo da produo de biomassa pelos vegetais e,

    conseqentemente, reduo da produtividade das culturas.

    Sem estresse hdrico

    Com estresse hdrico

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Figura. Efeitos do stresse hdrico na fotossntese e expanso foliar no girassol (Helianthus

    annuus). Esta espcie tpica na sua resposta, uma vez que a expanso foliar muito mais

    sensvel desidratao que a taxa de fotossntese. Retirado de Taiz & Zeiger (1998), fig. 25.4,

    pag.730

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Figura. A transpirao diurna de jovens plantas de Pinus radiata; a) com bastante

    disponibilidade em gua; b) depois de 9 dias sem gua; c) depois de 12 dias sem gua.

    Retirado de Larcher (1995), fig. 4.30, pag. 249.

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Figura. Diagrama das mudanas na transpirao ao longo do dia medida que a umidade do solo diminui (curvas 1 a

    5). As setas indicam o movimento dos estomas induzidos pelas mudanas no balano hdrico. A rea a escuro mostra a

    zona em que a transpirao exclusivamente cuticular. 1. transpirao sem restries; 2. limitao da transpirao

    durante o meio dia medida que os estmatos fecham; 3. fechamento estomtico ao meio dia; 4. interrupo total da

    transpirao estomtica devido ao fecho persistente dos estomas (s ocorre transpirao cuticular); 5. transpirao

    cuticular consideravelmente reduzida devido contrao da foliar. Retirado de Larcher (1995), fig. 4.29, pag. 248

  • Porque a primeira linha de defesa no o fechamento estomtico?

    2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    A condutividade estomtica est mais ligada com o potencial de gua no solo do que com o potencial

    de gua na folha.

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque a primeira linha de defesa no o fechamento estomtico?

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque ocorre murchamento mesmo em

    plantas irrigadas?

    Como explicar o murchamento de plantas em ambientes alagado?

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque ocorre murchamento mesmo em

    plantas irrigadas?

    Como explicar o murchamento de plantas em ambientes alagado?

    Em casos onde a demanda atmosfrica muito grande, o movimento da gua na planta no consegue atender a esta

    demanda na mesma velocidade.

    Em situaes extremas pode ocorrer a quebra da coluna de gua no interior do xilema (embolismo), o que obstrui a

    passagem de gua, causando murchamento.

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Perodos de crescimento sensveis ao dficit hdrico para diferentes culturas

    Cultura Perodo crtico

    Arroz Durante o perodo de desenvolvimento da pancula e na florao

    Algodo Florao e formao das mas

    Batata Perodo de estolonizao e iniciao da formao do tubrculo

    Cana-de-acar Perodo de perfilhamento e alongamento dos talos

    Feijo Perodo de florao e enchimento dos legumes

    Girassol Perodo de florao

    Milho Perodo de florao

    Oliveira Antes da florao e no endurecimento do caroo

    Soja Florao e enchimento dos legumes

    Trigo Perodo de florao

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque as plantas so mais sensveis ao dficit hdrico na fase reprodutiva?

  • 2. Fisiologia do Estresse hdrico

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    Porque as plantas so mais sensveis ao dficit hdrico na fase reprodutiva?

    Nessa fase a prioridade na translocao de fotoassimilados a parte reprodutiva da planta (flores e

    frutos) em detrimento do sistema radicular.

    Com isso no h possibilidade de aprofundamento do sistema radicular, no havendo aumento na rea de

    absoro de gua, tornando o dficit hdrico mais problemtico para a planta.

  • Como as diferentes espcies evoluram para driblar o estresse hdrico?

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

  • 3. Aperfeioamento da absoro/armazenamento da gua

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    Figura. Formas que permitem s plantas sobreviverem seca. a) rvores de folha caduca que armazenam gua nos troncos; b) suculentas que armazenam gua no caule; c) suculentas que armazenam gua nas folhas; d) rvores e arbustos de folha persistente e raiz principal profunda; e) arbustos de folha caduca frequentemente espinhosos; f) arbustos de caules clorofilinos; g) tufos de ervas com gemas protegidas pelas banhas das folhas e sistema radicular extenso; h) plantas de hbito em roseta; i) gefitas com razes de armazenamento; j) gefitas com bulbos ou tubrculos; k) pluvioterfitas (plantas anuais); l) plantas tolerantes dessecao do tipo poiquilohdricas.

  • 3. Aperfeioamento da absoro/armazenamento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    a) rvores de folha caduca que armazenam gua nos troncos. Ex: Baob

    b) Suculentas que armazenam gua no caule. Ex: Cactus

  • 3. Aperfeioamento da absoro/armazenamento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    c) Suculentas que armazenam gua nas folhas. Ex: Agaves

    j) Gefitas com bulbos ou tubrculos. Ex: Gladolo

  • 3. Aperfeioamento da absoro/armazenamento da gua

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    c) Plantas de hbito em roseta. Ex: Caraguat

    i) Gefitas com razes de armazenamento. Ex: batata-doce (Ipomoea batatas)

  • E se gua estiver em excesso neste sistema???

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  • a) falta de oxigenao radicular e morte das razes b) aumento no aparecimento de doenas c) aumento no percentual de acamamento de plantas d) distrbio nutricional e) reduo da qualidade do produto (necrose, clorose, etc..) f) produo final comprometida.

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    4. Efeitos do excesso hdrico nas culturas agrcolas

  • Como determinar o potencial hdrico de um tecido vegetal na prtica?

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  • 5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

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    1. Mtodo baseado na mudana do peso do tecido: O de alguns tecidos pode ser estimado equilibrando-se amostras de tecido, previamente pesadas, em solues de potencial osmtico conhecido.

    Objetivo: determinar qual soluo tem um potencial osmtico

    equivalente ao potencial hdrico do tecido.

  • 5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    1. Mtodo baseado na mudana do peso do tecido:

    Se o s da soluo externa mais negativo do que o do tecido ocorre sada de gua do tecido e, conseqente perda de peso; se o s da soluo externa menos negativo do que o do tecido ocorre entrada de gua no tecido e, conseqente ganho de peso;

    A soluo na qual o tecido no ganha nem perde peso tem um potencial osmtico equivalente ao

    do tecido.

  • 5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

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    2. Bomba de Presso ou Cmara de Scholander: mede a tenso (presso negativa) que existe no xilema do rgo coletado. Neste caso, assume-se que o do xilema igual ao mdio do rgo coletado.

  • 5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    2. Bomba de Presso ou Cmara de Scholander: mede a tenso (presso negativa) que existe no xilema do rgo coletado. Neste caso, assume-se que o do xilema igual ao mdio do rgo coletado.

    Isso vlido?

  • 5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

    Prof. Natalia Teixeira Schwab

    2. Bomba de Presso ou Cmara de Scholander: mede a tenso (presso negativa) que existe no xilema do rgo coletado. Neste caso, assume-se que o do xilema igual ao mdio do rgo coletado.

    Isso vlido?

    a) em muitos casos o potencial osmtico do xilema desprezvel, assim o principal

    componente do potencial hdrico no xilema corresponde presso negativa (tenso)

    na coluna do xilema;

    b) o xilema est em contato ntimo com a maioria das clulas do rgo e at mesmo

    de toda a planta.

  • A B

    5. Determinao do potencial hdrico do tecido vegetal

    2. Bomba de Presso ou Cmara de Scholander: Nesta tcnica, o rgo a ser medido tem que ser cortado e colocado na cmara, de acordo com a Figura. Antes do corte, a coluna de gua no xilema est sob tenso. Quando a colunade gua cortada, a gua puxada para dentro dos capilares do xilema (A). Para fazer a medio, a cmara pressurizada com gs comprimido at que a gua retorne para a superfcie do corte (B).

    O observador, quando notar o umedecimento da

    superfcie do corte, deve parar a pressurizao e

    anotar a presso marcada no manmetro. Este valor

    negativo corresponde ao w do rgo.

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  • Como determinar o contedo de gua de um tecido vegetal na prtica?

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  • % MF = MF MS . 100 MF

    6. Determinao do contedo de gua do tecido vegetal

    % MS = MF MS . 100 MS

    % CRA = MF MS . 100 MT - MS

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  • Outras relaes...

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    Coeficiente de transpirao (CT): a quantidade de gua, em litros, necessria para a produo de

    1 kg de biomassa (L H2O / Kg MS)

    em que TT a transpirao total (L H2O/planta); BF, a matria seca final (kg/planta); e BI, a matria seca inicial

    (kg/planta)

    CT= ___TT___ BF - BI

  • Exemplo

    Soja CT = 600 Se...

    Produo de gros de soja = 3000 kg/ha

    Produo de MS da parte area = 5000 kg/ha

    Produo de MS total = 8000 kg/ha

    Densidade de plantas = 300.000 plts/ha

    Ciclo mdio = 120 dias

    Pergunta-se: Qual a quantidade de gua para produzir 8000 Kg MS/ha?

    Qual a quantidade de gua transpirada por 1 planta durante o ciclo e durante 1 dia?

    Qual a quantidade pluviomtrica necessria para produzir 8000 Kg/ha?

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  • - QUIZ gua no sistema S-P-A

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  • (UFV-MG) A transpirao a perda de gua pelas plantas, atravs de sua parte area, na forma de vapor. Responda:

    (A) Atravs de que estrutura foliar ocorre essa perda de gua? _________________________________________________

    (B) Que adaptao permite epiderme de uma folha restringir a perda de gua? ____________________________________________________ (C) Que fatores ambientais influenciam a transpirao? ______________________________________________________

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  • (FUVEST) O grfico abaixo foi obtido de pesagens sucessivas de uma folha recm-destacada de uma planta, a fim de avaliar a quantidade de gua perdida na transpirao. Qual o fenmeno explica a diferena entre as inclinaes dos segmentos AB e BC do grfico? _____________________________________________________

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  • (FUVEST) O esquema representa um experimento em que plantas foram colocadas em tubos, com igual quantidade de gua, devidamente vedadas para evitar a evaporao. A planta do tubo A foi mantida intacta, a do tubo B teve suas folhas totalmente cobertas por uma camada de vaselina. Cada tubo mostra o nvel da gua no incio do experimento (Ni) e no final (Nf).

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    (A) Por que os nveis da gua ficaram diferentes nos tubos A e B? ____________________________________________ (B) Que estruturas da epiderme foliar tiveram seu funcionamento afetado pela vaselina? _____________________________________________ (C) Qual o papel dessas estruturas da epiderme para que a planta realize fotossntese? _______________________________________________________________