AS PLANTAS E A ÁGUA 3ª Parte

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1 AS PLANTAS E A ÁGUA 3ª Parte

2 TÓPICOS A SEREM ABORDADOS: A importância da água A estrutura e as propriedades da água Relações hídricas de células e tecidos Fisiologia dos estômatos Absorção e transporte da água Transpiração e gutação O contínuo solo-planta-atmosfera

3 TÓPICOS A SEREM ABORDADOS: A importância da água A estrutura e as propriedades da água Relações hídricas de células e tecidos Fisiologia dos estômatos Absorção e transporte da água Transpiração e gutação O contínuo solo-planta-atmosfera

4 Balanço de água na planta Plantas terrestres: adaptação à perda de água e à absorção de CO 2. Necessário conhecer como a água se move do solo, através s da planta, para a atmosfera. Caminho contínuo, nuo, mas não homogêneo

5 Movimento da água

6 Movimento da água Potenciais hídricos e resistências ao fluxo de água no sistema solo-planta-atmosfera, sob diferentes condições: (A) dia normal; (B) durante a noite, e (C) com solo seco

7 Movimento da água Potenciais hídricos no sistema solo-planta-atmosfera

8 Balanço de água na planta E estimado, como exemplo, que um hectare de milho, durante o ciclo dessa cultura, perde na atmosfera t de água, na forma de vapor de água, através da transpiração ão. Uma planta de milho adulta, pesando cerca de 2 kg, pode retirar 200 L de água em seu ciclo. Uma planta de milho utiliza no seu ciclo,, de 1,87 L de água como constituinte e cerca de 0,25 L como reagente e retirou durante esse mesmo ciclo, cerca de 204 L. Portanto, apenas 1 a 2 % do que ela retirou do solo é realmente utilizada.

9 Movimento de água no solo

10 Movimento de água no solo As principais propriedades físicas do solo, importantes na retenção de água são: a) Textura. Distribuição de suas partículas constituintes, quanto ao tamanho.

11 Movimento de água no solo CLASSE TEXTURAL DIMENSÕES (mm) Argila Até 0,002 Silte 0,002 a 0,053 Areia fina 0,053 a 0,210 Areia média 0,210 a 0,60 Areia Grossa 0,60 a 2,00 Cascalho, calhaus, rocha Acima de 2,00

12 Movimento de água no solo

13 Movimento de água no solo b) Estrutura. Arranjamento das partículas formando agregados, produzindo micros e macroporos que vão reter água e/ou ar.. A estrutura vai determinar: a porosidade dos solos, a permeabilidade dos solos

14 Potencial hídrico do solo Depende de dois componentes: Pressão osmótica da água do solo (π = -Ψπ ou -Ψs) Baixo valor = 0,01 MPa Solos salinos = >0,2 MPa

15 Potencial hídrico do solo Depende de dois componentes: Pressão hidrostática tica (P = Ψp) Depende muito do conteúdo de água P =< 0 (tensão) Solos molhados P = 0 Solos seco P diminui Solos áridos P = -3 MPa

16 Potencial hídrico do solo Água = elevada tensão superficial minimizar as interfaces ar/água A medida que o solo seca, a água é removida dos espaços maiores. Força a de adesão = adesão nas superfícies das partículas > área superficial Recuo para os interstícios entre as partículas, aumento da área superficial e desenvolvimento de meniscos curvos: P= -2T/r (T=7,28x10-8 MPa e r= raio da curvatura do menisco)

17 Classificação de água no solo Água gravitacional: após algumas horas de uma chuva forte os solos ficam saturados com água,, inclusive os seus microcapilares. Esta água é retida por uma tensão (força)) inferior a 0,03 MPa e, sob a ação da gravidade, essa água paulatinamente escoa para os lençó çóis freáticos e os macrocapilares do solo voltam a ser ocupados por ar.

18 Classificação de água no solo Água capilar: é a água que fica após a drenagem da gravitacional formando uma camada d'água (filme) sobre as partículas, entre elas e nos poros capilares. Por conceituação, quando toda a água gravitacional percolou, diz-se que o solo está em capacidade de campo (CC), ou seja, a água está ocupando toda a porosidade do solo e drenou o excesso. Na capacidade de campo convencionou-se que a água fica retida por uma tensão de 0,03 MPa.

19 Classificação de água no solo Água higroscópica: à medida que a água capilar vai sendo utilizada pelos vegetais e sendo perdida no processo de evapotranspiração, a espessura do filme d água vai diminuindo e a força com que ela é retirada do solo vai aumentando. Essa água é denominada de higroscópica e ela é retida com uma tensão de 1,5 MPa. A água higroscópica não é utilizada pelas plantas e pode mover-se somente na forma de vapor. Nessa condição, convencionou-se que esse solo estaria no ponto de coeficiente de murcha (CM), ou seja, se não houver reposição haverá um murchamento podendo levar à morte do vegetal. Esse ponto também é conhecido como ponto de murcha permanente (PMP).

20 Classificação de água no solo Água disponível: seria aquela que deve estar retida com tensões entre a capacidade de campo (-0,03 MPa) e o coeficiente de murcha ( 1,5 MPa), portanto, totalmente aproveitável pelos vegetais. Muitas plantas conseguem retirar água retida com tensões superiores a 1,5 MPa. A validade dessa simplificação está no fato de que as forças de retenção de água do solo aumentam muito rapidamente a partir do coeficiente de murcha ( 1,5 MPa), e dessa maneira, qualquer pequena retirada de água do solo, a partir desse ponto, provoca um enorme aumento na força com que o restante da água estará retido.

21 Classificação de água no solo

22 Movimento de água no solo O movimento de água no solo é predominantemente por fluxo de massa dirigido por um gradiente de pressão,, com pequena participação da difusão. A taxa de fluxo depende do gradiente de pressão e da condutividade hidráulica do solo.

23 Classificação de água no solo

24 Movimento de água no solo O movimento de água no solo depende: a) Disponibilidade de água no solo b) Concentração da solução do solo c) Temperatura do solo d) Aeração do solo ( O 2 e CO 2 ) e) Sistema radicular (pelos radiculares)

25 Absorção radicular Água Epiderme Pelo Absorvente Córtex Endoderme Xilema Solo Floema

26 Absorção radicular Suberina

27 Absorção radicular Caminhos: Apoplasto Através de membranas Simplasto Processo complexo: trata-se o caminho como uma única membrana, com uma única resistência.

28 Absorção radicular Fenômeno: pressão radicular Atingem até 0,5 MPa A raiz absorve íons e os transporta até o xilema (<Ψs). Há aumento da absorção de água >P É maior em plantas hidratadas sob condições úmidas (< transpiração ão)

29 Hidatódios: dios: também chamados de estômatos aqüí üíferos, são pequenas aberturas nos bordos das folhas de diversos vegetais, por onde, em certas ocasiões saem pequenas gotas de água com sais minerais. O fenômeno é chamado de sudação ou gutação Gutação

30 Gutação Análise da composição (mg/litro) da gutação líquida de plântulas de centeio (Secale cereale cv Rosen), trigo (Triticum aestivum cv Genesee) e cevada (Hordeum vulgare cv Traill). Substância Centeio Trigo Cevada P 1,1 0,7 2,3 K 18,0 27,0 30,0 Na 0,05 0,8 1,1 Ca 1,5 3,0 4,8 Mg 1,5 1,5 2,4 Mn 0,02 0,02 0,05 Fe 0,4 0,15 0,07 frutose 10,3 4,4 1,8 glicose 18,7 2,6 38,7 sacarose 3,8 4,9 0,0 ácido aspártico 2,2 0,5 3,6 riboflavina 0, ,0002 0,0002 uracil 0,0 0,0 1,6 ph 5,0 5,5 6,7 Adaptado de Goatley & Lewis (1966).

31 Transporte de água no xilema É o caminho mais longo de transporte de água na planta (1m ~ 99,5%) É uma via simples, de baixa resistência. Células do xilema possuem uma anatomia especializada = transportar grandes quantidades de água c/ eficiência Elementos traqueais: os traqueídeos e os elementos de vasos

32 Transporte de água no xilema Elemento traqueal em vista longitudinal Elementos traqueais primários associados à células parenquimáticas em caule de Aristolochia

33 Transporte de água no xilema Esquema mostrando a evolução dos elementos de vaso (A-F): Diminuição no comprimento, redução da inclinação das paredes terminais, passagem de placa de perfuração escalariforme para simples. G - Terminação com de dois elementos de vaso evidenciando a união dos elementos em uma série

34 Transporte de água no xilema O desenvolvimento de um elemento de vaso. (A) célula meristemática. (B) Inchamento da lamela média na região da futura placa de erfuração. (C) Deposição de parede secundária exceto sobre a área da futura perfuração. (D) Elemento de vaso maduro. A parede primária e a lamela média são dissolvidos e o protoplasto desaparece

35 Transporte de água no xilema Zea mays

36 Transporte de água no xilema A falta de membranas celulares nos elementos traqueais e nas perfurações permite o livre movimento da água em resposta a um gradiente tensão Paredes secundárias espessas impedem o colabamento dos vasos.

37 Transporte de água no xilema A água sob tensão está em estado fisicamente instável. Presença a de gases dissolvidos -com o aumento da tensão passam para a fase de vapor = formação de bolhas (cavita( cavitação).

38 Transporte de água no xilema Elementos de vasos e traqueídeos estão interligados água contorna a bolha

39 Transpiração Uma folha transpirando troca toda a sua água no intervalo de uma hora Necessidade de reposição Participação essencial da nervação foliar = distribuição

40 Transpiração A pressão negativa que gera a força motora para transportara a água desenvolve- se na superfície das paredes celulares das folhas (pavios)

41 Transpiração

42 Transpiração

43 Transpiração Superfície da célula c p/ espaço intercelular = evaporação Para sair da folha = difusão Presença a da cutícula cula = barreira (5% sai através) Difusão de vapor de água através s dos estômatos

44 Transpiração Perda de vapor d água: Espaço intercelular Estômato Camada de ar limítrofe

45 Transpiração

46 Transpiração O movimento de água através destas regiões = difusão Depende de: 1. Gradiente de conc.. do vapor d água entre os espaços com ar da folha e o ar externo 2. Da resistência à difusão

47 Transpiração Conc.. de vapor d água no ar externo vs. nos espaços intercelulares = gradiente Conc.. de vapor d água no ar externo pode ser medido Conc.. de vapor d água nos espaços intercelulares estimado

48 Transpiração O volume dos espaços intercelulares é pequeno: V ei V ei V ei ei pinheiro = 5% ei milho = 10% ei fumo = 40% A superfície pela qual a água evapora é grande (7 a 30x > que a área externa)

49 Transpiração Alta razão Sup. vs. V ei = equilíbrio de vapor d água na folha. Considerando o equilíbrio e conhecendo o Ψ a e a temp. da folha pode-se calcular a conc.. de vapor d água intercelular: Ψ a ar = (RT/Va Va)lnUR,, onde UR = Cwv/Cws Cws sat

50 Transpiração Umidade relativa 1,0 0,99 0,75 0,50 0,10 Ψ a ar (MPa( MPa) 0-1,36-38,84-93,57-310,85 Assumindo T=20 o C (293 o K) na qual RT/Va = 135 MPa

51 Transpiração Pressão de vapor da água (kpa) no ar como uma função da temperatura variando o grau de saturação Umidade Relativa (%) Temperatura ,24 3,40 2,12 0,85 0, ,34 1,87 1,17 0,47 0, ,23 0,98 0,61 0,24 0,12

52 Transpiração Resistência à difusão: Resistência associada ao poro estomático tico Resistência associada a camada de ar limítrofe

53 Transpiração Resistência associada a camada de ar limítrofe: proporcional à espessura

54 Transpiração O impacto da velocidade do vento na espessura da camada de ar limítrofe calculada para folhas de 1,0 cm (triângulos) e 5,0 cm (círculos) de largura. A velocidade do vento de 0,28 m -1 = 1 km h-1.

55 Transpiração Espessura é determinada pela velocidade do vento: qto menor, maior a espessura e maior a resistência (R( st ) Aspectos anatômicos e morfológicos da folha podem alterar o efeito do vento

56 O contínuo nuo solo-planta planta- atmosfera O conceito do "Cont" Contínuonuo solo- planta-atmosfera atmosfera" " (SPAC) está baseado no fato de que o movimento de água no sistema solo-planta planta-atmosferaatmosfera é melhor entendido como uma série de processos interdependentes e inter-relacionados relacionados.

57 O contínuo nuo solo-planta planta- atmosfera Por exemplo,, a absorção de água pelas raízes depende da movimentação da água do solo para a superfície das raízes zes, mas também pode ser influenciada pela transpiração das folhas.. A taxa de transpiração, por sua vez, depende da abertura estomática tica e de fatores atmosféricos que afetam a evaporação ão, mas depende também da própria pria absorção pelas raízes zes.

58 O contínuo nuo solo-planta planta- atmosfera No solo e no xilema: fluxo de massa (gradiente de pressão) Na fase de vapor: difusão (convecção) Através s de membranas: potencial hídrico através s da membrana O fluxo de água é um processo passivo A água se move em resposta à forças físicas

59 O contínuo nuo solo-planta planta- atmosfera

60 As plantas e a água Material didático extraído de: TAIZ, L., ZEIGER, E. Fisiologia Vegetal a ed.. Trad. Eliane Romanato Santarém m et al. Porto Alegre: Artmed p. SUTCLIFFE, J. As plantas e a Água. EPU-EDUSP. EDUSP p. KLAR, A.E. A Agua No Sistema Solo-Planta Planta-Atmosfera. Livraria Nobel S.A p. BVE Fisiologia do estresse em plantas UFV- apostila htm cas.html f