AULA 2 Potencial hídrico e transporte pelo xilema

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA DISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA AULA 2 Potencial hídrico e transporte pelo xilema A água H 2 O ÁGUA - PARTICULARIDADES Pontes de Hidrogênio energia intrínseca de 20 kj mol -1 ligações covalentes 464 kj mol -1 meia vida = segundos d + H pontes de hidrogênio 0,177 nm Marcelo Francisco Pompelli + d d + H + d Pontes de hidrogênio no gelo São mais ordenadas do que na água líquida tornando-a densa pontes de hidrogênio Potencial hídrico (Y w ) Unidades de medida do Y w : bar à unidade de pressão 1 bar = 0,987 atm 1 bar = 0,1 MPa 10 bars = 1 MPa 1 N m -2 = 1 Pascal Fatores que reduzem o potencial de água adição de solutos forças matriciais pressão negativa - transpiração Componentes do potencial hídrico (Y w ) à adição de solutos (Y s ) à presença de matriz coloidal partículas de solo, celulose (Y m ) à pressão hidrostática ascensão no xilema (Y p ) à pressão gravitacional (Y g ) Y w = Y s + Y m + Y p + Y g Neste sentido ào Y s, Y m, Y s diminuem o Y w, uma vez que são negativos à Já o Y p aumenta Y w, uma vez que é positivo Gelo Pontes de hidrogênio são estáveis líquida As pontes são fracas e encontram-se em constante reformação

2 Fatores que diminuem o Y w Exemplo no solo Y m na célula: à parede celular (celulose) à proteínas à colóides do plasma em geral Y m no solo: à Y a = potencial de adsorção à Y c = potencial capilar Þ Embebição de sementes: aumenta o volume à Y m 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 Fonte: 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 Retenção de água no solo Retenção de água no solo Retenção de água no solo a) água higroscópica b) água como vapor c) água líquida -2,0-1,6 higroscópica PMP A capacidade de retenção de água no solo vai depender da sua composição físico química -2,0 gravitacional água capilar água higroscópica -1,6 Y w solo (MPa) -1,2-0,8-0,4 capilar gravitacional Y w solo (MPa) -1,2-0,8-0,4 PMP Solo argiloso Solo arenoso água em processo de drenagem capacidade de campo água mantida nos microporos água disponível para as plantas água aderida às partículas de solo ponto de murcha CC CC Teor de umidade (%) MS Teor de umidade (%) MS

3 Absorção de água no solo O movimento de moléculas de água por difusão Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal Magnitude de Absorção região de maior absorção pela raiz Regiões da Raiz Raiz 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 ambiente com alta concentração de soluto a célula perde água e torna-se plasmolisada Célula plasmolisada em equilíbrio osmótico com o meio circundante y S = -0.9 y w = -0.9 MPa Solução de sacarose 0.4 M: y S = -0.9 y w = -0.9 MPa Célula flácida inicial: y S = -0.7 y w = -0.7 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 Célula flácida inicial y S = -0.7 y w = -0.7 MPa destilada: y S = 0 y w = 0 MPa Célula túrgida em equilíbrio osmótico com o meio circundante.7 y S = -0.7 y w = -0 MPa

4 Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal A perda de turgor nas plantas causam murcha Parede celular - Exemplo Transporte de água pela planta que pode ser revertida quando a planta é rehidratada 4 Através dos estômatos, as folhas captam e expelem O 2. O é utilizado para dirigir a. Boa parte do O 2 produzido pela pode ser usado na respiração celular H 2 O O 2 Sacarose 5 Açúcares são produzidos na nas folhas Luz 3 Através da transpiração água é perdida pelas folhas (principalmente através dos estômatos). Cria-se então uma força motriz que dirige o fluxo através do xilema 6 Açúcares são transportados pelo floema até as raízes e outras partes da planta 2 A água e os minerais são transportados das raízes para a parte aérea, através do xilema 1 As raízes absorvem água e minerais dissolvidos na superfície H 2 O Minerais O 2 Fonte: Campbell & Reece, 2005 Fonte: Campbell & Reece, 2005 Transporte de água pela planta Elevação hidráulica Precipitação (Y g ) Raízes profundas como na planta de Salvia (Artemisia tridentata) durante a noite durante o dia Interceptação pelas plantas (10-50%) Lixiviação (erosão) Superfície Elevação hidráulica em Artemia tridentata. A água absorvida pelas raízes profundas move-se em direção às raízes. À noite, com uma baixa taxa de transpiração, a água pode ser liberada nas camadas mais superficiais, favorecendo assim outras plantas com raízes menos profundas. Durante o dia, a maior parte da água captada pelas raízes é direcionada para a transpiração da própria planta. Fonte: Richards & Caldwell, 1987 Infiltração Percolação

5 Evapotranspiração Perda de vapor de água para a atmosfera Transporte de água através da planta Captação de água pelas raízes Evaporação na superfície das folhas Evaporação A água se move através de um gradiente de potencial hídrico (Y w ) na Superfície Y w = - 0,8 MPa Contínuum Solo-planta-atmosfera Y w = - 30 MPa Folhas Y w = - 1,5 MPa Superfície das raízes Y w = - 1,1 MPa O que acontece a noite? Com os estômatos fechados o que acontece com esse fenômeno? Como o Y w responde então? Elevação Hidráulica: movimento de água no ecossistema A noite, com os estômatos fechados o Y w da planta iguala-se com o Y w Folhas Y w que era de 1,5 MPa passa para 0,4 MPa na superfície Y w = - 0,8 MPa Y w = - 30 MPa Superfície das raízes Y w que era de 1,1 MPa passa para 0,4 MPa A água se move através de um gradiente de potencial hídrico (Y w ) Elevação hidráulica: movimento noturno de água através das raízes das profundidades únido para regiões mais secas na superpície A água se move através de um gradiente de potencial hídrico (Y w ) na superfície Y w = - 0,8 MPa Superfície das raízes Y w que era de 1,1 MPa passa para 0,4 MPa nas profundidades Y w = - 0,3 MPa

6 Transporte de água pela planta (continuação) Ascensão da seiva xilemática Fonte: Campbell & Reece, 2005 Legenda Simplasto Apoplasto Rota transmembrana Apoplasto O simplasto é o continuum do citosol conectados O apoplasto é Simplasto por plasmodesmos. o continuum de paredes celulares e espaços intercelulares Rota simplástica Rota apoplástica 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 algumas características específicas Ar externo Y w = MPa Espaços de ar da folha Y w = 7.0 MPa Parede celular da folha Y w = 1.0 MPa Xilema caulinar Y w = 0.8 MPa Xilema radicular Y w = 0.6 MPa Solo Y w = 0.3 MPa Gradiente de potencialhídrico Xilema Células do mesofilo Moléculas de água Transpiração Células do xilema Adesão Parede celular coesão, proporcionada pelas Tensão / coesão pontes de hidrogênio das moléculas de água no xilema Moléculas de água Pêlos radiculares Partículas Fonte: Campbell & Reece, 2005 Captação de água água 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 das gimnospermas, sendo também encontradas entre as famílias primitivas das angiospermas Elas de posicionam em fileiras longitudinais, justapondo-se pelas extremidades não perfuradas Fonte: Taiz & Zeiger, 2006 Composição celular do xilema ELEMENTOS DE VASO São característicos das angiospermas e das ordens mais evoluídas das gimnospermas Também ocorrem em fileiras longitudinais, comunicando-se através das placas de perfuração, constituindo vasos Fonte: Taiz & Zeiger, 2006

7 Composição celular do xilema Composição celular do xilema Ascensão da seiva xilemática dissolução parcial da parede terminal 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 dissolução total da parede terminal Nos elementos de vaso, a parede terminal de cada extremidade sofre um processo de dissolução, originando a placa de perfuração Força motriz da ascensão xilemática Força motriz da ascensão xilemática Os estômatos se abrem e se fecham de forma a regular a entrada de COM OS ESTÔMATOS ABERTOS

8 Os estômatos se abrem e se fecham de forma a regular a entrada de Os estômatos se abrem e se fecham de forma a regular a entrada de Os estômatos se abrem e se fecham de forma a regular a entrada de ESTÔMATOS EM ABERTURA MÁXIMA E ÁGUA EM ABUNDÂNCIA QUANDO A ÁGUA DIMINUI NO SOLO MENOS ÁGUA NO SOLO Os estômatos se abrem e se fecham de forma a regular a entrada de Fatores que afetam a perda de vapor de água Os estômatos Em geral quanto mais estômatos tiver uma planta maior será sua capacidade de regulação das perdas de água num curto tempo O estômato se fecha completamente para reduzir a perda de água, com isso a tbem diminui

9 Diminuição da área foliar e manutenção de água nos tecidos Raízes profundas e máxima exploração Capacidade de ajuste osmótico 0,9 0,8 Potencial de pressão (MPa) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 C B A 0,1 Carnegiea gigantea estoca água em seus caules para manter um potencial hídrico elevado como estoque 0-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 0 Potencial Hídrico Foliar (MPa) A) Ilustra uma típica diminuição do Y p com um rápido declínio do Y w de uma planta sem ajuste osmótico B) Ilustra a mesma planta quando o ajustamento osmótico ocorre com a diminuição do Y w da planta C) Ilustra a resposta da mesma planta durante um subsequente evento de déficit hídrico Capacidade de ajuste osmótico Osmólitos compatíveis (CH 3 ) 3 N + CH 2 COO - (CH 3 ) 3 N + CH 2 CH 2 OH (CH 3 ) 3 N + CH 2 CHO (CH 3 ) 3 N + (CH 2 ) 3 COO - (CH 3 ) 2 N + CH 2 COO - H-H + Glicina Betaína Colina Betaína Aldeído Trimetil-g-amino butirato Dimetil glicina Prolina COO - H 3 C N + H 3 C COO - Prolina betaína