TÓPICOS A SEREM ABORDADOS:

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1 AS PLANTAS E A ÁGUA

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 A importância da água É o fator mais importante para a vida de todos os organismos Limita o crescimento vegetal Plantas transpiram mais de 98% da água que absorvem; do restante, apenas 0,2% é usado na fotossíntese.

4 A importância da água Pode constituir de 5 a 95% da massa dos tecidos. Sementes: 5 15 % Bulbos: 62% Folhas: 70 95% Frutos: %

5 As funções da água Principal constituinte do protoplasma Essencial p/ manutenção da estrutura e atividade de moléculas Participa de numerosas reações químicas micas: : hidrólise, condensação (C 6 H 10 O 5 ) + nh 2 O n C 6 H 12 O 6

6 As funções da água Solvente p/ gases, minerais e solutos Vacúolo = turgidez Ganhos e perdas de água dos vacúolos: movimentos de estômatos, folhas e flores, p.e. Controle de temperatura (transpiração), transporte de íons

7 As funções da água Divisão celular: síntese s de DNA, RNA, etc Crescimento celular: pressão de turgescência Protoplasma: permeabilidade, hidratação, viscosidade e atividade enzimática Fotossíntese e respiração: área foliar, fechamento de estômatos, translocação, atividade protoplasmática... tica...

8 Os grupos de plantas Hidrófitas Higrófitas Mesófitas Xerófitas

9 Hidrófitas Crescem total ou parcialmente submersas na água: algas, pteridófitas ( fitas (Azolla), angiospermas ( (Lemna) Grandes espaços nos tecidos

10 Hidrófitas A perda de água não é problema Xilema pouco desenvolvido Baixa intensidade luminosa fotossíntese Não resistem ao dessecamento

11 Higrófitas Musgos, hepáticas, pteridófitas Plantas terrestres de ambientes úmidos Baixa intensidade luminosa fotossíntese Grande área superficial em relação ao volume uma camada de célulasc Resiste ao dessecamento

12 Mesófitas Plantas cultivadas e nativas de regiões tropicais e temperadas Plantas terrestres de solos bem drenados e as folhas ficam expostas à baixa umidade Cutícula impermeável; controle de água pelos estômatos Transpiração raízes extensas e xilema

13 Xerófitas Plantas de deserto, campinas secas e locais rochosos Adaptações ões: Sistema radicular volumoso e profundo e com potencial hídrico h muito baixo Armazenamento de água em raízes, caules e folhas. Redução na razão área foliar/volume

14 Xerófitas Folhas pequenas, reduzidas ou ausentes Principal órgão fotossintetizante é o caule ~ folha = cladódios dios Perdas de folhas e da parte áerea sobrevivência por bulbos Cutícula fina, porém m com mais cutina e ceras

15 Xerófitas Folhas revestidas por pelos ou escamas camada de ar limítrofe < transpiração; > reflexão da luz < temp. foliar < nº n de estômatos/área, c/ poros menores Estômatos situados em depressões Células-guarda mais sensíveis ao CO 2

16 Xerófitas Folhas revestidas por pelos ou escamas camada de ar limítrofe < transpiração; > reflexão da luz < temp. foliar < nº n de estômatos/área, c/ poros menores Estômatos situados em depressões Células-guarda mais sensíveis ao CO 2 Abertura por tempo mais curto ou a noite

17 A estrutura A água é uma substância com características pouco usuais, mostrando propriedades físicas f e comportamento bastante diferenciado da maioria dos outros líquidos. l

18 A estrutura Essas propriedades são devidas a estrutura da molécula da água e das forças intermoleculares, ligações fracas do tipo pontes de hidrogênio, que mantém m as moléculas reunidas. Essas ligações ocorrem devido à localização de dois hidrogênios em um mesmo lado de um átomo de oxigênio, típica t da estrutura da água, que gera uma molécula dipolar com carga positiva em um lado e negativa no outro.

19 A estrutura

20 A estrutura Polaridade = excelente solvente

21 A estrutura Modelo da água: pencas oscilantes

22 As propriedades Calor específico fico: : energia calórica requerida para aumentar a temperatura de uma substância em uma quantidade específica. Água possui um dos maiores valores: 1 cal/g/ºc Tampão de temperatura

23 As propriedades Calor latente de vaporização ão: : energia calórica requerida para separar moléculas da fase líquida l e movê-las para a fase gasosa. A 25ºC C gasta-se se 10,5 kcal/mol H 2 O Quebrar pontes de hidrogênio Permite o resfriamento = transpiração

24 As propriedades Dipolaridade/solvente: : a água possui uma constante dielétrica mais elevada (D=80). D mede a tendência de uma molécula com regiões de carga elétrica oposta ser afetada por um campo elétrico

25 As propriedades A água possui a capacidade de anular as forças de atração que mantêm os íons numa posição rígida dentro da estrutura do cristal de um composto iônico, promovendo sua solubilização

26 As propriedades

27 As propriedades A água dissolve também m com facilidade compostos polares não iônicos, como açúa çúcares, alcoóis, aldeídos dos e cetonas Pontes de H c/ grupos funcionais Importância: solutos de import. biológica são polares - translocação

28 As propriedades Resultado das pontes de hidrogênio tem-se a coesão (atração intermolecular), a tensão ou força a tensil (força a que se pode aplicar a uma coluna de água sem quebrá-la) e a adesão (atração por fase sólida) s

29 Coesão: As propriedades

30 Tensão: As propriedades

31 Tensão: As propriedades

32 As propriedades Tensão superficial: numa interface ar-água, as moléculas de água são mais fortemente atraídas pelas moléculas de água vizinhas do que pela fase gasosa em contato com a superfície da água - < área superficial

33 As propriedades Coesão, adesão e tensão superficial resultam na capilaridade. Explica o movimento de água em condições artificiais Nos elementos funcionais do xilema não existe a interface ar-água: coluna contínua nua de água da raiz/folha

34 As propriedades Raio (µm)( Altura (m) 1 1, , , , ,02

35 As propriedades Coesão confere resistência elástica. Efeito seringa Empurrando o êmbolo = compressão = pressão hidrostática tica positiva (Pa ou MPa) Pressão: força a x área (Pa=N m -2 ) ou energia x volume (Pa= J m -3 ) 1 N = kg m s -1 Puxando o êmbolo = tensão = pressão hidrostática tica negativa

36 As propriedades Para quebrar uma coluna de água é necessário energia suficiente para superar as forças de atração entre as moléculas. ~ -30 MPa capilares finos (teórico = 1800 MPa) ~ 10% da resistência elástica de fios de cobre e alumínio

37 As propriedades A presença a de gases dissolvidos reduz a resistência elástica da água. Com o aumento da pressão, os gases dissolvidos na água saem e formam uma bolha de gás. g Para os gases não existem as forças elásticas (0 MPa). Bolha na coluna de água = cavitação

38 Movimento da água São três os mecanismos de movimento da água: fluxo de massa, difusão e osmose. Necessário que haja diferença a de energia livre das moléculas de água Energia livre = potencial hídricoh

39 Movimento da água Potencial hídrico: h é a diferença a de energia livre entre as moléculas de água em um ponto do sistema em observação e a energia livre das moléculas de água pura, sob condições definidas de pressão e temperatura Potencial hídrico h da água pura - ψ a = 0

40 Movimento da água Água Pelo Absorvente Epiderme Córtex Endoderme Xilema Solo Floema

41 Movimento da água Fluxo de massa: : movimento de massa de água entre dois pontos em que háh diferença de pressão

42 Movimento da água Fluxo de massa: : supondo que o fluxo esteja ocorrendo através s de um cano, a taxa dependerá do raio do cano(r), da viscosidade do líquido l (η),( do comprimento do cano (C) e do tamanho do gradiente de pressão ( P)( equação de Poiseuille. Taxa de fluxo = π r 4 /8η x P/C

43 Movimento da água Fluxo de massa: é o principal mecanismo responsável pelo transporte de água na planta, por longas distâncias, através s do xilema. Independe da concentração dos solutos, diferenciando da difusão.

44 Movimento da água Difusão: é o movimento das moléculas ao longo de um gradiente de concentração por agitação térmica t ao acaso.

45 Movimento da água Difusão: : Lei de Fick a taxa de transporte é diretamente proporcional ao gradiente de concentração. dm/dt = -Da. dc/dx, onde: dm = quantidade da substância a ser movida por unidade de tempo dt; D = coeficiente de difusão, a = área de difusão; dc = diferença a de concentração; dx = distância Exemplos: evaporação, osmose e a embebição

46 Movimento da água Difusão: é rápida quando as distâncias são curtas mas extremamente lenta em longas distâncias. A medida que se distancia do ponto inicial, o gradiente de concentração torna-se menor e o movimento torna-se mais lento

47 Movimento da água O tempo médio m para difundir uma partícula por uma distância L é L 2 /Ds,, onde D é o coeficiente de difusão. Glicose em uma célulac lula: t= (50x10-6 m) 2 /10-9 m 2 s -1 Glicose em uma folha: t= (1m) 2 /10-9 m 2 s -1 = 10 9 s

48 Movimento da água Todas as substâncias entram e saem das células c em solução aquosa A difusão dos gases é mais lenta na água que no ar A difusão é proporcional a área das aberturas, enquanto o fluxo de massa varia com a 4ª 4 potência do raio ou o quadrado da área.

49 Movimento da água A difusão dos gases é pouco afetada pela temperatura (10º C aumenta ~ 3,4%). Na solução aquosa, 10º C aumenta de 20 a 30% Com aumento na temperatura, menor solubilidade dos gases na solução aquosa: 24% CO 2 e 15% O 2

50 Movimento da água Osmose: é a passagem do solvente de uma região pouco concentrada em soluto para uma mais concentrada em soluto, sem gasto de energia.

51 Movimento da água O movimento osmótico da água é mais rápido do que a difusão de água. A força motriz é a diferença de potencial hídrico através da membrana, produzida por diferenças de pressão e de potencial osmótico

52 Movimento da água J v = L p ( Ψp +σ Ψs), onde: J v = fluxo de volume de água L p = Condutância hidráulica da membrana ou condutância hidráulica Ψp = diferencial de pressão Ψs = diferencial de pressão osmótica σ = coeficiente de reflexão; expressão da extensão de impermeabilidade a um dado soluto; σ = 1 membrana impermeável, < 1 - permeável

53 Movimento da água Diluição e pressão hidrostática π s = pressão osmótica da solução Potencial osmótico = - π Potencial osmótico = potencial de água de uma solução quando não há potencial matricial e o sistema está a pressão atmosférica Ψ π = Ψ s = - π

54 Movimento da água Difusão: transporte = C Fluxo de massa = P Osmose: C e P A direção e a taxa de fluxo através da membrana são determinados não somente pelo C e P, mas também pela somatória dos dois. Conceito de força motriz total ou composta, que corresponde a gradiente de energia livre da água Gradiente de potencial químico ou potencial hídrico

55 Movimento da água Movimento de água para dentro da célula: difusão por meio da dupla camada lipídica da membrana plasmática ou envolve difusão pelos poros protéicos? Descoberta das aquaporinas, que são proteínas integrais da membrana que formam canais seletivos à água. Aquaporinas: alteram a taxa de movimento da água através da membrana, mas não mudam a direção e a força propulsora.

56 Movimento da água