ÁGUA NA PLANTA. Campus Dom Pedrito. Dr. Juan Saavedra del Aguila Professor Adjunto

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1 ÁGUA NA PLANTA Campus Dom Pedrito Dr. Juan Saavedra del Aguila Professor Adjunto Morfologia e Fisiologia Vegetal I Abril 2016

2 CONTEÚDO DA AULA 1. INTRODUÇÃO 2. A ÁGUA COMO CONSTITUINTE 3. CLASSIFICAÇÃO DOS VEGETAIS COM BASE NA ÁGUA 4. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DO HOMEM E DAS PLANTAS 5. A ESTRUTURA E AS PROPRIEDADES DA ÁGUA 6. PROCESSOS DE TRANSPORTE DE ÁGUA EM CÉLULAS E TECIDOS 7. ENERGIA LIVRE DA ÁGUA 8. POTENCIAL HÍDRICO: CONCEITO E COMPONENTES 9. MOVIMENTO DA ÁGUA PELA PLANTA E TECIDOS 10. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO EM PLANTAS

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4 ENERGIA LIVRE DA ÁGUA Todas os seres vivos, incluindo as plantas, requerem uma adição contínua de energia livre para manterem e repararem suas estruturas altamente organizadas, assim como para crescerem e se reproduzirem. Processos como reações bioquímicas, acúmulo de solutos e transporte de longa distância são todos movidos por um acréscimo de energia livre na planta. O potencial químico da água representa o status da energia livre da água. Em termodinâmica, a energia livre representa o potencial para realizar trabalho.

5 ENERGIA LIVRE DA ÁGUA O potencial químico da água é uma grandeza relativa: ela é expressa como a diferença entre o potencial de uma substância em um determinado estado e o potencial químico da mesma substância em um estado padrão. A unidade de potencial químico é energia por mol de substância (J mol -1 ).

6 POTENCIAL DA ÁGUA - Ψ Na prática é bastante difícil medir o potencial químico da água na célula. Por isso, introduziu-se o conceito de POTENCIAL DA ÁGUA, que representa a diferença entre o potencial químico da água na célula e o potencial química da água pura sob as mesmas condições de temperatura e pressão. Dr. RALPH SLATYER Fisiologista de Plantas Australiano CSIRO

7 POTENCIAL DA ÁGUA - Ψ RALPH SLATYER Nascido na Austrália em 16 de abril de 1929 educou-se no Wesley College em Perth. Graduou-se pela University of Western Australia. Tornou-se professor e pesquisador do CSIRO em 1951 na área de relações hídricas de solos e plantas. Em 1967, como Professor de Biologia foi nomeado chefe do Departamento de Biologia Ambiental da Australian National University, posição que ocupou até É autor de vários livros e de centenas de publições. Tornou-se membro da Academia de Ciências da Austrália em 1967 e em 1978 foi nomeado Embaixador na UNESCO onde serviu até Em 1989, tornou-se Diretor da Escola de Pesquisa em Ciências Biológicas de Canberra. Aposentou-se em 2001, mas continua operante em vários projetos nacionais e internacionais.

8 POTENCIAL DA ÁGUA - Ψ Uma das maneiras mais utilizadas para se comparar estes potenciais químicos é através da pressão de vapor ou da umidade relativa de uma amostra. Dr. JOHN S. BOYER Fisiologista de Plantas Americano

9 POTENCIAL DA ÁGUA - Ψ JOHN S. BOYER atualmente é professor e pesquisador do Departamento de Bioquímica e Biofísica da Universidade de Delaware, Estados Unidos. Obteve seu mestrado pela Universidade de Wisconsin e seu doutorado com Dr. Paul Jackson Kramer pela Universidade de Duke na Carolina do Norte. É especialista em fisiologia de plantas sob estresse hídrico. É membro da Academia de Ciências dos Estados Unidos tendo recebido vários prêmios. University of Delaware Graduate College of Marine Studies 700 Pilottown Road Lewes, Delaware Phone: (302) Fax: (302) boyer@udel.edu

10 RELAÇÃO ENTRE A UMIDADE RELATIVA E POTENCIAL Potencial Hídrico (atm) Umidade está LINEARMENTE relacionada com o potencial hídrico dentro de uma faixa que varia de 0 a aproximadamente 70 atm Umidade Relativa (%)

11 RELAÇÃO ENTRE UMIDADE RELATIVA E POTENCIAL Umidade está LINEARMENTE relacionada com o potencial hídrico (Ψ), dentro de uma faixa que varia de 0 a aproximadamente 70 atm. Dessa forma, pode-se calcular o potencial hídrico (Ψ) de uma amostra a partir da medição da umidade do ar (UR). O potencial hídrico é definido como o potencial químico da água dividido pelo volume molal da água (18 x 10-6 m 3 mol - 1 ). Portanto, o potencial hídrico é uma medida da energia livre por unidade de volume (J m -3 ).

12 RELAÇÃO ENTRE UMIDADE RELATIVA E POTENCIAL Sendo : Ψ = RT V Ln UR ou : Ψ = RT V Ln PV PV o Ψ : potencial hídrico do tecido calculado em MPa R : constante universal dos gases = 8,31 J mol -1 K -1 a 25 o C T : temperatura absoluta (K) no interior da câmara V : volume molal da água = 0,018 kg mol -1 ou 1,805*10-5 m 3 mol -1 a 25 o C UR : umidade relativa medida pelo aparelho através de um termopar

13 UNIDADAES DO POTENCIAL NO (SI) Ψ = RT V Ln UR Substituindo as unidades na equação acima, obtemos:

14 UNIDADES DO POTENCIAL Ψ = J mol -1 K -1 * K kg mol -1 = J Kg -1 Por razões históricas, os Fisiologistas vegetais tem expressado o potencial da água em unidades de pressão em MPa.

15 UNIDADES DO POTENCIAL Ψ = J mol -1 K -1 * K m 3 mol -1 = J m -3 Lembrando que Energia/volume = Pressão

16 CÁLCULO DO POTENCIAL EM MPa Substituindo valores na equação, temos: Ψ = 0,46T * Ln UR ou Ψ = 137,3 * Ln UR T : temperatura absoluta (K) no interior da câmara for 25 o C UR : umidade relativa medida pelo aparelho através de um termopar (0 a 1)

17 Ψ NAS PLANTAS Nos sistemas biológicos quase sempre a presença de solutos ou superfícies adsortivas faz com o potencial da água do citosol seja negativo. Isto porque a pressão de vapor da solução é menor que a pressão de vapor da água pura, e a expressão (UR = PV/PV o ) torna-se menor que 1, e portanto o Ln PV/PV o é um valor negativo. Ψ = RT V Ln PV PV o

18 Ψ DA ÁGUA PURA Pela mesma razão o potencial da água pura é zero, pois PV/PV o fica igual a 1 e Ln 1 = 0. Ψ = RT V Ln PV PV o

19 CONVERSÕES 1 atm equivale à : 0,1013 MPa 1,013 bar 760 mmhg 10,35 m.c.a. 0,01 Jkg KPa

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22 CONTEÚDO DA AULA 1. INTRODUÇÃO 2. A ÁGUA COMO CONSTITUINTE 3. CLASSIFICAÇÃO DOS VEGETAIS COM BASE NA ÁGUA 4. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DO HOMEM E DAS PLANTAS 5. A ESTRUTURA E AS PROPRIEDADES DA ÁGUA 6. PROCESSOS DE TRANSPORTE DE ÁGUA EM CÉLULAS E TECIDOS 7. ENERGIA LIVRE DA ÁGUA 8. POTENCIAL HÍDRICO: CONCEITO E COMPONENTES 9. MOVIMENTO DA ÁGUA PELA PLANTA E TECIDOS 10. MÉTODOS DE DETRMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO EM PLANTAS

23 COMPONENTES DO Ψ Para estabelecermos os componentes do POTENCIAL DA ÁGUA de uma célula c vegetal algumas das suas características serão recordadas. 1. Um aspecto característico das células vegetais é que elas são delimitadas por uma parede celular celulósica. Como um rígido revestimento envolvendo a célula, a parede celular atua como um exoesqueleto que controla a forma e possibilita o desenvolvimento de ALTAS PRESSÕES DE TURGOR.

24 COMPONENTES DO Ψ Para estabelecermos os componentes do POTENCIAL DA ÁGUA de uma célula c vegetal algumas das suas características serão recordadas. 2. Essa parede consiste de uma mistura complexa de polissacarídeos e outros polímeros, secretados pela célula e reunidos em uma rede organizada de ligações covalentes e não-covalentes. Além disso, contêm proteínas estruturais, enzimas, polímeros fenólicos e outros materiais com cargas elétricas positivas e negativas.

25 COMPONENTES DO Ψ Para estabelecermos os componentes do POTENCIAL DA ÁGUA de uma célula c vegetal algumas das suas características serão recordadas. vacúolo citoplasma 3. Na maioria das células vegetais existe um vacúolo central e um citoplasma periférico. Ambos possuem membranas seletivas e em ambos existe uma solução onde diversos sais minerais, açúcares, ácidos orgânicos, aminoácidos, proteínas, amidas, alcalóides, gomas, resinas, mucilagens, lipídios, pectinas e pigmentos estão dissolvidos em água.

26 COMPONENTES DO Ψ

27 COMPONENTES DO Ψ Para estabelecermos os componentes do POTENCIAL DA ÁGUA de uma célula vegetal é necessário definirmos os componentes da solução do citosol.

28 IMPORTÂNCIA DO POTENCIAL DA Á GUA ÁGUA Absorção de água e íons do solo Transporte de água entre partes da planta Controle da abertura dos estômatos Fotossíntese assimilados e transporte Expansão e crescimento celular de

29 CONTEÚDO DA AULA 1. INTRODUÇÃO 2. A ÁGUA COMO CONSTITUINTE 3. CLASSIFICAÇÃO DOS VEGETAIS COM BASE NA ÁGUA 4. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DO HOMEM E DAS PLANTAS 5. A ESTRUTURA E AS PROPRIEDADES DA ÁGUA 6. PROCESSOS DE TRANSPORTE DE ÁGUA EM CÉLULAS E TECIDOS 7. ENERGIA LIVRE DA ÁGUA 8. POTENCIAL HÍDRICO: CONCEITO E COMPONENTES 9. MOVIMENTO DA ÁGUA PELA PLANTA E TECIDOS 10. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO EM PLANTAS

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45 VALORES DE Ψ OSMÓTICO DE VÁRIOS V TECIDOS EM MPa Água pura 0,0 Solução de fertilizantes - 0,05 Potencial osmótico da solução apoplástica - 0,1 Potencial osmótico de folhas bem aguadas - 0,8 Água do mar - 2,5 *Potencial osmótico de beterraba, cana-de-açúcar e uva - 2,5 Solução 1 molal de sacarose ou manitol - 2,7 Citossol da célula guarda - 5,0 * Tecidos que estocam grandes quantidades de açúcares

46 VALORES DE Ψ PRESSÃO DE VÁRIOS V TECIDOS EM MPa Xilema de plantas que transpiram intensamente - 1,0 Células flácidas 0,0 Célula plasmolisada - 0,03 Pneu de automóvel 0,2 Células túrgidas 1,0 Pneu de bicicleta 0,5

47 VALORES DE Ψ DE VÁRIOS V TECIDOS EM MPa Água pura 0,0 Folhas em turgor máximo - 0,01 Maioria das raízes em solos secos - 0,2 Folhas em solos bem irrigados (crescimento bom) - 0,5 Folhas em solos secos (crescimento lento) - 1,0 Água do mar - 2,5 Solução 1 molal de sacarose ou manitol - 2,7 Folhas em solos muito secos (crescimento cessado) - 3,0 Folhas de espécies de deserto - 6,0 Sementes secas e viáveis para germinação - 20,0 Célula animal Plantas ressucitantes - 150,0