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 INTRODUÇÃO Os organismos vivos originaram-se de um ambiente líquido e no curso da evolução mantiveram-se dependentes da água. A essencialidade da água para as plantas deve-se à sua contribuição na manutenção e preservação de suas funções vitais. ÁGUA: PRINCIPAL COMPONENTE DAS CÉLULAS!

5 60 A 95% DO PESO DOS ORGANISMOS!

6 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DAS PLANTAS A ÁGUA desempenha um papel FUNDAMENTAL na vida das plantas. Para cada grama de matéria seca produzida pela planta, aproximadamente 500 g de água são absorvidos pelas raízes, transportados através do corpo da planta e perdidos para a atmosfera. Mesmo um pequeno desequilíbrio nesse fluxo de água pode causar déficits hídricos e mau funcionamento de inúmeros processos celulares.

7 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DAS PLANTAS Assim, toda planta deve realizar um balanço delicado de sua absorção e perda de água, o qual se constitui em um sério desafio para as plantas terrestres. Para fotossintetizar, elas precisam retirar CO 2 da atmosfera, mas, ao fazêlo, expõem-se à perda de água e à ameaça de desidratação.

8 BALANÇO O DELICADO! A água forma um meio contínuo através da planta. Devido às suas propriedades (viscosidade, tensão superficial, grandes forças de adesão e coesão) a água penetra na maioria dos espaços capilares, estabelecendo um meio contínuo através das paredes celulósicas e permeando totalmente o corpo da planta. Este volume de água atua como absorvente de calor e permite, em parte, a tamponização da temperatura interna. Transpiração Absorção

9 CÉLULA VEGETAL x ANIMAL A principal diferença entre células animais e vegetais, que afeta todos os aspectos de suas relações com a água, é a presença da parede celular nas plantas, que lhes permite desenvolver grandes pressões hidrostáticas internas.

10 PRESSÃO DE TURGOR A PRESSÃO DE TURGOR é essencial para muitos processos fisiológicos, incluindo expansão celular, trocas gasosas nas folhas, transporte no floema e vários processos de transporte pelas membranas. Permite o desenvolvimento de pressão de turgescência que dá um elevado grau de rigidez ao conteúdo celular e à parede celular envolvente. Nas plantas herbáceas é esta pressão que representa, em parte, o esqueleto que fornece suporte aos caules.

11 EXPANSÃO CELULAR

12 TRANSPORTE ATRAVÉS S DAS MEMBRANAS Funções relacionadas com a capacidade de dissolver substâncias várias. Por exemplo, os nutrientes minerais entram na planta dissolvidos na água (solução do solo). As substâncias que não formam verdadeiras soluções, como acontece com muitas proteínas, formam sistemas coloidais com água e ao mudarem do estado sólido ao gel, contribuem para os movimentos citoplásmicos. O oxigênio e o dióxido de carbono necessários à respiração e à fotossíntese encontram-se dissolvidos na água, dependendo ambos os processos da solubilidade daqueles gases na água.

13 REPRODUÇÃO Além de ser o meio onde se processa o transporte de várias substâncias nas plantas, é também o veículo de transporte. É o meio através do qual os gametas móveis efetuam a fertilização. É um dos meios mais importantes na dissiminação de esporos, frutos, sementes, etc.

14 REPRODUÇÃO

15 OUTRAS FUNÇÕES DA ÁGUA 1. É um dos fatores ambientais mais importantes na distribuição dos vegetais na biosfera. 2. A existência de uma carência hídrica pode predispor as plantas hospedeiras a ataques de agentes patogênicos. 3. Contribui de forma decisiva para a tamponização da temperatura das plantas através da transpiração.

16 CONSTITUINTE CELULAR A água constitui entre 70 a 95 da massa verde de uma planta. O conteúdo de água nos tecidos varia com o tipo e a idade do órgão: Sementes secas: 5 a 15% Caule lenhoso, alburno, cerne: 35 a 50% Raízes, caules e folhas de plantas herbáceas: 70 a 95% Frutos suculentos: 90 a 95%

17 SEMENTES SECAS: 5 A 15% DE H 2 O

18 RAÍZES: 70 A 95% DE H 2 O

19 FOLHAS: 70 A 95% DE H 2 O

20 FRUTOS: 90 A 95% DE H 2 O

21 CLASSIFICAÇÃO DOS VEGETAIS COM BASE NA ÁGUA

22 ESPÉCIES HIDRÓFITAS São plantas que vivem parcialmente ou totalmente imersas em água. Suas principais características são: Folhas pouco espessas; epiestomáticas e com cutícula pouco desenvolvida; Parênquima aerífero bastante desenvolvido (auxiliam na flutuação); Xilema pouco desenvolvido (movimentação de substâncias por difusão).

23 PARÊNQUIMA AERÍFERO DE ESPÉCIES HIDRÓFITAS

24 PARÊNQUIMA AERÍFERO DE ESPÉCIES HIDRÓFITAS

25 ESPÉCIES AGUÁTICAS x TERRESTRES Os vasos condutores de xilema e floema em plantas terrestres são distribuídos de maneira circular na periferia do caule. Já em plantas aquáticas os vasos encontram-se no centro do caule. Este arranjo central dos vasos permite à planta suportar as forças das correntezas provocadas pelo movimento da água.

26 ESPÉCIES HIGRÓFITAS São plantas terrestres de ambientes úmidos. Ar e solo estão permanentemente saturados. Tais ambientes são geralmente sombreados e, assim sendo, as higrófitas são plantas adaptadas a fotossintetizar eficientemente sob baixas intensidades luminosas. Há pouco controle de perda de água por transpiração, epiderme com muitos estômatos e cutícula pouco espessa.

27 ESPÉCIES HIGRÓFITAS

28 ESPÉCIES HIGRÓFITAS

29 ESPÉCIES MESÓFITAS São plantas terrestres que normalmente crescem em solos bem drenados e cujas folhas ficam expostas a ar moderadamente seco. Suas cutículas são impermeáveis e regulam a perda de água pelo controle da abertura e fechamento dos estômatos. Para repor a grande quantidade de água perdida diariamente, seu xilema e suas raízes são bem desenvolvidos. Folhas são grandes e numerosas.

30 ESPÉCIES MESÓFITAS Folhas anfiestomáticas e com parênquimas clorofilianos bem desenvolvidos

31 ESPÉCIES XERÓFITAS

32 ESPÉCIES XERÓFITAS São plantas que toleram seca prolongada. Ocorrem principalmente nos desertos e em lugares rochosos onde a água é escassa. Sua sobrevivência sob condições secas depende de algumas adaptações: Extenso sistema radicular que penetra ampla e profundamente no solo. Suas células possuem potenciais hídricos excepcionalmente baixos o que possibilita a absorção de água em solos muitos secos.

33 ESPÉCIES XERÓFITAS: Hipoderme Suas folhas possuem epidermes com várias camadas (hipoderme). Epiderme múltipla em Nerium oleander Epiderme múltipla em Peperomia

34 ESPÉCIES XERÓFITAS: Hipoderme Epiderme múltipla em Ficus

35 ESPÉCIES XERÓFITAS: Ausência de P. Lacunoso Parênquima paliçádico mais desenvolvido que o lacunoso. Larrea sp

36 ESPÉCIES XERÓFITAS: Ausência de Espaço o Intercelular Pequeno volume de espaço intercelular. Elevada relação volume:superfície. Syringea sp

37 ESPÉCIES XERÓFITAS: Paliçádico Compacto A figura mostra a presença de um parênquima paliçádico muito desenvolvido e compacto. Esta compactação aumenta o sombreamento das células abaixo.

38 ESPÉCIES XERÓFITAS: Folhas pequenas e Compactas Erica Pinus Folhas em forma de agulhas ou circulares. Pouca superfície transpirante.

39 ESPÉCIES XERÓFITAS: Cutícula Espessa Presença de cutículas muito desenvolvidas

40 ESPÉCIES XERÓFITAS: Cutícula Espessa Euphorbia corallata Arctostaphylos uva-ursi

41 ESPÉCIES XERÓFITAS: Cutícula Ondulada Taxus Syringa

42 ESPÉCIES XERÓFITAS: Cutícula Ondulada Colocasia Solanum

43 ESPÉCIES XERÓFITAS: Criptas Estomáticas ticas Grande freqüência de estômatos (facilidades nas trocas gasosas). Estômatos presentes em fendas ou criptas. Nerium sp Estômatos próximos: menor transpiração Menor contato com correntes de ar Menor exposição direta à luz solar

44 ESPÉCIES XERÓFITAS: Criptas Estomáticas ticas Ficus

45 ESPÉCIES XERÓFITAS: Criptas Estomáticas ticas Estômatos em fendas ou criptas : maior resistência aerodinâmica : menor perda de água por transpiração : maior sucesso em ambientes áridos.

46 ESPÉCIES XERÓFITAS: Criptas Estomáticas ticas Três fendas os estômatos estão situados no interior dessas fendas minimizando as perdas de água por transpiração Yucca

47 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Abundância de pêlos e tricomas aumentam a reflexão de raios solares, diminuindo as perdas de água por transpiração.

48 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Pêlos: superfícies refletoras

49 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Abundância de pêlos e caules globosos com coloração esbranquiçada aumentam a reflexão de raios solares, diminuindo as perdas de água por transpiração. Epithelantha bokei

50 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Coleus

51 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Pêlos: retenção de umidade

52 ESPÉCIES XERÓFITAS: Tricomas e Pêlos Asarum canadense Digitalis

53 ESPÉCIES XERÓFITAS: Caules fotossintetizantes Caules assumem o papel das folhas na realização da fotossíntese. Espinhos: aumenta reflexão de raios solares e proteção contra herbivoria

54 ESPÉCIES XERÓFITAS: Folhas armazenadoras de água Muitas xerófitas possuem folhas armazenadoras de água. O alto calor específico da água ajuda a manter a temperatura do citosol viável para a realização das atividades metabólicas necessárias à vida.

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56 ESPÉCIES XERÓFITAS: Esclerênquima abundante ESCLERÊNQUIMA ABUNDANTE. Esse tecido de sustentação ajuda a prevenir contra danos causados por excessivos murchamentos a que estão sujeitas as plantas.

57 ESPÉCIES XERÓFITAS: Esclerênquima abundante Epiderme esclerificada do caule de Juncus

58 ESPÉCIES XERÓFITAS: Esclerênquima abundante Carnegiaea gigantea Tecidos de sustentação Esqueleto morto

59 ESPÉCIES XERÓFITAS: Esclerênquima abundante Pachycereus pringlei Esqueleto morto

60 ESPÉCIES XERÓFITAS: Esclerênquima abundante Parte de um esqueleto morto de caule de Opuntia mostrando o esclerênquima reticulado

61 ESPÉCIES XERÓFITAS: Células C Buliformes Células motoras ou buliformes durante períodos de falta de água, as células buliformes contraem-se e perdem grandes quantidades de água. Com isso, as folhas enrolam-se e absorção de calor diminui. Durante períodos chuvosos, as células absorvem grandes quantidades de água, tornam-se túrgidas provocando a completa expansão foliar para plena realização da fotossíntese. Poa praetense

62 ESPÉCIES XERÓFITAS: Enrolamento de Folhas O enrolamento de folhas aumenta a quantidade de vapor ao redor da folha diminuindo a transpiração

63 ESPÉCIES XERÓFITAS: Glândulas de Sal Chenopodium quinoa Sal na superfície foliar

64 ESPÉCIES XERÓFITAS: Estômatos noturnos Fixação noturna de CO 2 atmosférico. Metabolismo ácido das crassuláceas.

65 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA NA VIDA DO HOMEM E DAS PLANTAS

66 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA Ela age como: solvente meio de transporte (e.g. sangue, xilema) metabólitos (e.g. fotossíntese) agente resfriante Manutenção de forma Reprodução sexual

67 IMPORTANTES FATOS SOBRE A ÁGUA 1. A quantidade de água presente na Terra hoje é a mesma de 3 bilhões de anos atrás; 2. 1% da água presente na Terra está disponível para consumo humano; 3. 66% do corpo humano corresponde à água; 4. 75% do cérebro humano corresponde à água; 5. 75% da massa dos tecidos de uma árvore adulta é água;

68 IMPORTANTES FATOS SOBRE A ÁGUA 6. Você é capaz de sobreviver 1 mês sem comida, mas somente 7 dias sem água; 7. Em média, o Brasileiro usa 450 litros de água por dia a um custo de R$ 0,80; 8. Em média, o Brasileiro usa 17 litros de água por dia em cada descarga no banheiro; 9. Um banho de 10 minutos, média brasileira, consome 154 litros de água;

69 IMPORTANTES FATOS SOBRE A ÁGUA 10. Uma torneira pingando consome 280 litros de água por dia; 11. Um Brasileiro usa, em média, 6 litros de água durante a escovação de seus dentes, por dia;

70 Quase toda água do planeta está concentrada nos oceanos. Apenas uma pequena fração (menos de 3%) está em terra e a maior parte desta está sob a forma de gelo, neve ou abaixo da superfície. Só uma fração muito pequena (cerca de 1%) de toda a água terrestre está diretamente disponível ao homem e aos outros organismos, sob a forma de lagos e rios, ou como umidade presente no solo, na atmosfera e como componente dos mais diversos organismos.

71 ANIMAÇÃO

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73 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 1. ÁGUA COMO CONSTITUINTE DO PROTOPLASMA que atinge até 95% do peso da matéria fresca a 5% em certos vegetais.

74 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 2. ÁGUA COMO SOLVENTE - A água é o mais abundante e, inquestionavelmente, o melhor solvente que se conhece. Como solvente, constitui o meio onde moléculas movimentam-se dentro das células e entre elas, influenciando grandemente a estrutura das proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e outros constituintes celulares. A água forma o ambiente onde ocorre a maioria das reações bioquímicas celulares e participa diretamente em muitas reações químicas essenciais.

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76 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 3. ÁGUA COMO MEIO DE TRANSPORTE DE SOLUTOS E GASES As plantas absorvem e perdem água continuamente. A maioria da água perdida pela planta evapora da folha à medida que o CO 2 necessário à fotossíntese é absorvido da atmosfera. Em um dia ensolarado, uma folha renovará até 100% de sua água em apenas uma hora.

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78 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 4. TRANSPIRAÇÃO FOLIAR E SEU EFEITO RESFRIANTE Durante o período de vida da planta, uma quantidade equivalente a 100 vezes o peso fresco da mesma pode ser perdida através das superfícies foliares. Essa perda de água sob a forma de vapor através dos estômatos é chamada transpiração. A transpiração é uma forma eficiente de dissipar o calor proveniente do sol. O calor dissipa-se porque as moléculas de água que escapam para a atmosfera têm energia maior que a média, o que promove a quebra das ligações que as seguram no líquido.

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80 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS A colocação de uma fita de esparadrapo sobre a superfície da folha impede a transpiração. Com isso, a temperatura da folha aumenta. 4. TRANSPIRAÇÃO FOLIAR E SEU EFEITO RESFRIANTE Quando tais moléculas escapam, elas deixam para trás uma massa de moléculas com energia menor que a média e, portanto, um corpo líquido mais frio. Para uma folha típica, quase metade do ganho líquido de calor do sol é dissipado pela transpiração.

81 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS Topo: Tipo Selvagem (Estômatos respondem ao ABA e fecham tão logo falte água no solo). Com isso a transpiração cessa e a temperatura da folha aumenta. A aplicação exógena de ABA promove o fechamento dos estômatos causando um aumento na temperatura das folhas. Baixo: Plantas com estômatos insensíveis ao ABA (Estômatos permanecem abertos mesmo sob condições de estresse hídrico, permitindo uma perda contínua de água. Com isso a temperatura das folhas diminui). A aplicação exógena de ABA não causa fechamento estomático. A transpiração não é afetada. A perda de água continua após a aplicação. Portanto a temperatura da folha diminui. Arabidopsis thaliana Ladyman, 1988, Planta 173:73

82 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS Tipo Selvagem (23 a 24C) Mutante abi1-1 (20,5 a 21,5C) Esquerda: Tipo Selvagem (Estômatos respondem ao ABA e fecham tão logo falte água no solo). Com isso a transpiração cessa e a temperatura da folha aumenta. Direita: Plantas com estômatos insensíveis ao ABA (Estômatos permanecem abertos mesmo sob condições de estresse hídrico, permitindo uma perda contínua de água. Com isso a temperatura das folhas diminui).

83 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS Esquerda: As folhas transpiram mais que os caules. Portanto, a temperatura das folhas é de 23,5C enquanto que os caules estão a 25C. Direita: Frutos maduros de tomate transpiram menos que os caules. Portanto são mais quentes.

84 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS Sem irrigação Com irrigação

85 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 5. ÁGUA COMO MEIO DE TRANSPORTE DE MINERAIS E TRANSLOCAÇÃO DE ASSIMILADOS Com o fluxo transpiratório cria-se uma corrente de água absorvida pelas raízes - importante via de condução dos minerais dissolvidos do solo até a superfície radicular para absorção. A água é o meio pelo qual os fotossintetizados, via floema, escoam das folhas para as raízes. e.htm

86 ABSORÇÃO E TRANSPORTE DE MINERAIS

87 TRANSPORTE DE ASSIMILADOS VIA FLOEMA

88 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 6. A ÁGUA AFETA A TURGESÇÊNCIA CELULAR DE ÓRGÃOS permite que a planta se mantenha ereta, expondo as folhas túrgidas com estômatos abertos à radiação solar e dióxido de carbono da atmosfera. Além disso, afeta: 5.1. Penetração de raízes no solo; 5.2. Forma e estrutura dos órgãos; 5.3. Abertura e fechamento dos estômatos.

89 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS Gráfico mostrando a variação da fotossintese ao longo do dia. De manhã é maior maior hidratação dos tecidos.

90 PENETRAÇÃO DE RAÍZES NO SOLO

91 FORMA E STRUTURA DOS ÓRGÃOS

92 SUPORTE MECÂNICO E MANUTENÇÃO DA FORMA

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94 SUPORTE MECÂNICO

95 ABERTURA E FECHAMENTO DOS ESTÔMATOS

96 ABERTURA E FECHAMENTO DOS ESTÔMATOS Chlorophytum colosum

97 ANIMAÇÃO

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99 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 7. PARTICIPAÇÃO EM REAÇÕES QUÍMICAS a água participa diretamente de inúmeras reações químicas que ocorrem no protoplasma, como: hidrólise e condensação. Participa também da fotossíntese e da respiração celular.

100 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS DE TODOS OS RECURSOS QUE A PLANTA NECESSITA PARA CRESCER E FUNCIONAR a água é o mais abundante e, ao mesmo tempo, o mais limitante para a produtividade agrícola. O fato de a água ser limitante é o motivo pelo qual existem as práticas de irrigação das culturas.

101 ÁGUA e PRODUTIVIDADE DAS CULTURAS

102 ÁGUA e PRODUTIVIDADE DAS CULTURAS Consumo de água m 3 Levando-se em consideração dados do IBGE indicando que o consumo de alimentos per capita diário do brasileiro é em média de 930 gramas e que são necessários, em média, 850 toneladas de água para produzir uma tonelada de alimentos, pode-se afirmar que são necessários aproximadamente 790 litros de água para garantir a alimentação diária de um habitante em nosso país

103 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA AS PLANTAS 8. MOVIMENTOS o ganho ou a perda de água por células e tecidos é responsável por diversos movimentos nas plantas. Dentre eles; a abertura e o fechamento dos estômatos resultantes da absorção e perda de água pelas células-guarda; o dobramento noturno de certas leguminosas; a abertura e o fechamento das flores da onze-horas em certas horas do dia, e a sensibilidade das folhas ao toque como a sensitiva (Mimosa pudica) e da Dionaea (vênus-papa-mosca).