potencial hidrico
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POtencial hidricoTRANSCRIPT
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
Retenção de água no solo
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)
Retenção de água no solo
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
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
• 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
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
• 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
Fonte: Campbell & Reece, 2005
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
passa para –0,4 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
passa para –0,4 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)
Fonte: Campbell & Reece, 2005
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
Fonte: Campbell & Reece, 2005
Composição celular do xilema
• Elementos traqueais
• constituído de dois tipos básicos:
• traqueídes que não são perfuradas
• elementos de vaso com placas de perfuração
Composição celular do xilema
• 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
Composição celular do xilema
• 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
Composição celular do xilema
• 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
Os estômatos se abrem e se fechamde forma a regular a entrada de CO2associada com a perda de água
Resistênciaestomática
H2O, calor latenteCO2
Estômato
Interior da folha Atmosfera
Águado solo
fotossíntese
Câmara subestomática
Os estômatos se abrem e se fechamde forma a regular a entrada de CO2associada com a perda de água
QUANDO A ÁGUA DIMINUI NO SOLO
Resistênciaestomática
H2O, calor latenteCO2
Estômato
Interior da folha Atmosfera
Águado solo
fotossíntese
Câmara subestomática
Os estômatos se abrem e se fechamde forma a regular a entrada de CO2associada com a perda de água
MENOS ÁGUA NO SOLO
Resistênciaestomática
H2O, calor latenteCO2
Estômato
Interior da folha Atmosfera
Águado solo
fotossíntese
Câmara subestomática
Os estômatos se abrem e se fechamde forma a regular a entrada de CO2associada com a perda de água
O estômato se fechacompletamente para
reduzir a perda de água, com isso a fotossíntese
tbem diminui
Resistênciaestomática
H2O, calor latenteCO2
Estômato
Interior da folha Atmosfera
Águado solo
fotossíntese
Câmara subestomática
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