UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA
DISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA
ÁGUA - PARTICULARIDADES
A água – H2O
• Pontes de Hidrogênio
– energia intrínseca de
20 kJ mol-1
AULA 2
Potencial hídrico e
transporte pelo xilema
– ligações covalentes
464 kJ mol-1
– meia vida = 2 10-10
segundos
•d –
• pontes de
hidrogênio
0,177 nm
•+
•H
•+
•d –
•d –
•+
•H
•+
•d –
Marcelo Francisco Pompelli
Pontes de hidrogênio no gelo
Potencial hídrico (Yw)
• São mais “ordenadas” do que na água líquida
tornando-a densa
ØUnidades de medida do Y w :
Øbar à unidade de pressão
1 bar = 0,987 atm
1 bar = 0,1 MPa
10 bars = 1 MPa
1 N m-2 = 1 Pascal
ØFatores que reduzem o potencial de água
Øadição de solutos
Øforças matriciais
Øpressão negativa - transpiração
pontes de
hidrogênio
Gelo
Água líquida
Pontes de hidrogênio são estáveis
As pontes são fracas e
encontram-se em constante reformação
Componentes do potencial hídrico (Yw)
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)
Yw = Ys + Ym+ Yp + Yg
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
Fatores que diminuem o Yw
Exemplo
Água no solo
Fonte: www.geocities.com.br
Ym na célula:
à parede celular (celulose)
COMPARAÇÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO
à proteínas
à colóides do plasma em geral
ü Pneu
Ym no solo:
à Y a = potencial de adsorção
de carro cheio = 0,2 MPa
ü Pressão da água em canos caseiros = 0,2 a 0,3 MPa
à Y c = potencial capilar
Þ Embebição de sementes: aumenta o volume à Ym
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
a) água higroscópica
A capacidade de retenção de água no solo vai depender
da sua composição físico química
Água higroscópica
-2,0
Retenção de água no solo
b) água como vapor
Água gravitacional
c) água líquida
água capilar
água higroscópica
-2,0
-1,6
PMP
PMP
Água capilar
Y w solo (MPa)
Y w solo (MPa)
-1,6
-1,2
-0,8
-1,2
Solo argiloso
-0,8
Solo arenoso
água mantida nos
microporos
água em processo
de drenagem
Água gravitacional
-0,4
água aderida às
partículas de solo
água disponível
para as plantas
-0,4
capacidade de campo
CC
10
20
30
40
50
Teor de umidade do solo (%) MS
60
70
CC
10
20
30
40
50
60
Teor de umidade do solo (%) M
MS
70
ponto de murcha
Absorção de água no solo
O movimento de moléculas de água por difusão
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
• Potencial hídrico
• Se a mesma célula flácida for mergulhada em
uma solução com baixa concentração de
soluto
Magnitude de Absorção
região de maior
absorção pela raiz
Regiões da Raiz
Raiz
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
–
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 flácida inicial:
yP = 0
y S = -0.7
Solução de sacarose 0.4 M:
yP = 0
y S = -0.9
Célula plasmolisada
em equilíbrio osmótico
com o meio circundante
yP = 0
y S = -0.9
y w = -0.9 MPa
y w = -0.9 MPa
y w = -0.7 MPa
– a célula ganha água e torna-se túrgida
Célula flácida inicial
yP = 0
y S = -0.7
y w = -0.7 MPa
Água destilada:
yP = 0
yS = 0
y w = 0 MPa
Célula túrgida
em equilíbrio osmótico
com o meio circundante
y P = 0.7
y S = -0.7
y w = -0 MPa
Equilíbrio hídrico de uma célula vegetal
Parede celular - Exemplo
Transporte de água pela planta
• A perda de turgor nas plantas causam murcha
4 Através dos estômatos, as
folhas captam CO2 e expelem
O2. O CO2 é utilizado para dirigir
a fotossíntese. Boa parte do O2
produzido pela fotossíntese pode
ser usado na respiração celular
– que pode ser revertida quando a planta é rehidratada
CO2
O2
5 Açúcares são produzidos na
fotossíntese nas folhas
Luz
Sacarose
H2O
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 do solo
O2
H2O
Minerais
CO2
Fonte: Campbell & Reece, 2005
Fonte: Campbell & Reece, 2005
Transporte de água pela planta
Raízes profundas como na planta de Salvia (Artemisia tridentata)
Precipitação (Yg)
Elevação hidráulica
durante a noite
durante o dia
Interceptação pelas plantas (10-50%)
Lixiviação
(erosão)
Superfície do solo
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 do solo, 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
Evapotranspiração
Perda de vapor de água
para a atmosfera
Contínuum Solo-planta-atmosfera
Evaporação na
superfície das folhas
Transporte de água
através da planta
Evaporação
do solo
Atmosfera
Yw = - 30 MPa
A água se move
através de um
gradiente de
potencial
hídrico (Yw)
Folhas
Yw = - 1,5 MPa
Yw = - 1,1 MPa
Água na Superfície
do solo Yw = - 0,8 MPa
Elevação hidráulica: movimento noturno de água através
das raízes das profundidades do solo únido para regiões
mais secas na superpície do solo
A água se move através
de um gradiente de
potencial hídrico (Yw)
Água na superfície do solo
Yw = - 0,8 MPa
Superfície das raízes
Yw que era de – 1,1 MPa
passa para –0,4 MPa
Água nas profundidades
do solo Yw = - 0,3 MPa
Com os estômatos
fechados o que
acontece com esse
fenômeno?
A noite, com os
estômatos
fechados o Yw
da planta iguala-se
com o Yw do solo
Atmosfera
Yw = - 30 MPa
Folhas
Yw que era de – 1,5 MPa
passa para –0,4 MPa
Como o Yw
responde então?
Superfície das raízes
Captação de água
pelas raízes
O que acontece a
noite?
Elevação Hidráulica: movimento de água no ecossistema
Água na superfície do solo
Yw = - 0,8 MPa
Superfície das raízes
Yw que era de – 1,1 MPa
passa para –0,4 MPa
A água se move
através de um
gradiente de
potencial hídrico
(Yw)
Ascensão da seiva xilemática
Transporte de água pela planta (continuação)
Fonte: Campbell & Reece, 2005
Legenda
Xilema
Simplasto
Apoplasto
Ar externo
Yw = –100.0 MPa
Células do mesofilo
Estômato
Moléculas de água
Rota transmembrana
Espaços de ar da folha
Yw = –7.0 MPa
O simplasto é o
continuum do
citosol conectados
por plasmodesmos.
Simplasto
O apoplasto é
o continuum
de paredes
celulares e espaços
intercelulares
Parede celular
da folha
Yw = –1.0 MPa
Xilema caulinar
Yw = – 0.8 MPa
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
Transpiração
Gradiente de potencial hídrico
Apoplasto
Atmosfera
Células do
xilema
Adesão
Parede celular
Tensão / coesão
das moléculas
de água
no xilema
coesão, proporcionada pelas
pontes de hidrogênio
Moléculas de água
Xilema radicular
Yw = – 0.6 MPa
Pêlos radiculares
Solo Yw = – 0.3 MPa
Partículas do solo
Captação de água
do solo
Fonte: Campbell & Reece, 2005
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
Composição celular do xilema
• TRAQUEÍDES
• ELEMENTOS DE VASO
• 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
água
• 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
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
Os estômatos se abrem e se fecham
de forma a regular a entrada de CO2
associada com a perda de água
Força motriz da
ascensão xilemática
Resistência
estomática
H2O, calor latente
CO2
Câmara
subestomática
Água
do solo
fotossíntese
COM OS ESTÔMATOS
ABERTOS
Estômato
Interior da folha
Atmosfera
Os estômatos se abrem e se fecham
de forma a regular a entrada de CO2
associada com a perda de água
Os estômatos se abrem e se fecham
de forma a regular a entrada de CO2
associada com a perda de água
Resistência
estomática
Água
do solo
Resistência
estomática
H2O, calor latente
CO2
Câmara
subestomática
fotossíntese
Estômato
ESTÔMATOS EM
ABERTURA MÁXIMA
E ÁGUA EM
ABUNDÂNCIA
Interior da folha
Atmosfera
Os estômatos se abrem e se fecham
de forma a regular a entrada de CO2
associada com a perda de água
Resistência
estomática
Câmara
subestomática
Água
do solo
fotossíntese
Interior da folha
Os estômatos se abrem e se fecham
de forma a regular a entrada de CO2
associada com a perda de água
H2O, calor latente
CO2
O estômato se fecha
completamente para
Estômato
reduzir a perda de água,
com isso a fotossíntese
tbem diminui
Atmosfera
H2O, calor latente
CO2
Câmara
subestomática
Água
do solo
fotossíntese
Resistência
estomática
QUANDO A ÁGUA
DIMINUI NO SOLO
Água
do solo
fotossíntese
Estômato
Interior da folha
H2O, calor latente
CO2
Câmara
subestomática
MENOS ÁGUA NO SOLO
Estômato
Atmosfera
Fatores que afetam a perda de vapor de água
Interior da folha
Atmosfera
Os estômatos
Em geral quanto mais
estômatos tiver uma
planta maior será sua
capacidade de regulação
das perdas de água num
curto tempo
Diminuição da área foliar e manutenção de água nos tecidos
Raízes profundas e máxima exploração do solo
Capacidade de ajuste osmótico
0,9
Potencial de pressão (MPa)
0,8
0,7
0,6
0,5
C
0,4
B
0,3
A
0,2
0,1
0
-3,0
Carnegiea gigantea estoca
água em seus caules para
manter um potencial hídrico
elevado como estoque
Glicina Betaína
(CH3)3 N+CH2CH2OH
Colina
(CH3)3N+CH2CHO
Betaína Aldeído
(CH3)3N+(CH2)3COO-
Trimetil-g-amino butirato
(CH3)2N+CH2COO-
Dimetil glicina
H-H+
Prolina
H3 C
N+
COO-
-1,5
-1,0
-0,5
0
A) Ilustra uma típica diminuição do Yp com um rápido declínio do Yw de uma planta sem ajuste osmótico
B) Ilustra a mesma planta quando o ajustamento osmótico ocorre com a diminuição do Yw da planta
C) Ilustra a resposta da mesma planta durante um subsequente evento de déficit hídrico
(CH3)3 N+CH2COO-
H3 C
-2,0
Potencial Hídrico Foliar (MPa)
Capacidade de ajuste osmótico – Osmólitos compatíveis
COO-
-2,5
Prolina betaína