Resumo Relações Hídricas 2

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO TOCATINS-UNITINS
Relações Hídricas
A água é uma das fontes mais importante do nosso planeta, e também não seria diferente para as plantas. Está presente entre 80 e 95% da massa dos tecidos de crescimento. É neste ambiente aquoso que as reações metabólicas ocorrem, com a água sendo reagente ou produto de muitas destas reações, onde a água se torna um “solvente Universal”. As plantas não sofrem muito com a variabilidade da temperatura, por conta que a água tem uma alta capacidade de absorver o calor. Sendo assim, a água é fundamental para a planta, e também no meio agrícola, onde vai determinar o tamanho da sua produção, por isso utiliza-se o sistema de irrigação, principalmente em lugares áridos e semiáridos. 
Vamos tratar agora sobre a estrutura e propriedades da água, onde uma molécula de água consiste de um átomo de oxigênio covalentemente ligado a dois átomos de hidrogênio. Em que as ligações predominantes são as pontes de hidrogênio. Muitas das propriedades físicas e químicas da água dependem do arranjo espacial dos átomos de hidrogênio e oxigênio. Algumas serão apresentadas abaixo: 
· Temperatura e seu estado físico
É uma das propriedades mais simples, mas que também é essencial. A água ela é líquida quando esta na faixa de temperatura compatível com a vida, mais também nos estados sólido e gasoso. No geral os pontos de fusão e ebulição se relacionam com o tamanho da molecular e, as mudanças de estado físico para pequenas moléculas ocorrem em temperaturas menores do que para as grandes.
· Absorção e dissipação do ar
Para as plantas esse processo é muito importante, porque ajuda nas flutuações de temperatura. As ligações de hidrogênio entre as moléculas de água conferem um alto calor específico, ou seja, a água vai requerer um montante relativamente alto de energia para alterar sua temperatura.
· Calor de fusão e de vaporização
O calor de fusão é conhecido por converter energia do estado sólido para o líquido. A densidade do gelo é importante para água, e explicando agora o porquê de o gelo flutuar sobre a água no estado líquido, é por conta de o gelo possuir uma densidade menor. Isto ocorre por que as moléculas de água no estado líquido estão mais agrupadas do que no estado sólido. Assim como as pontes de hidrogênio aumentam a energia requerida para fundir o gelo, elas também aumentam a energia requerida para evaporar a água. Tal perda de calor é um importante mecanismo para regulação da temperatura em folhas de plantas terrestres que estão expostas, frequentemente, à luz do sol intensa.
· Água como Solvente
A água é considerada um “solvente universal” pela capacidade de dissolver um número de substâncias bem maior do que qualquer outro. Isto se deve ao caráter dipolar de suas moléculas, evidenciada pela elevada constante dielétrica. Esta constante dielétrica mede a capacidade de uma substância para neutralizar a atração entre cargas elétricas.
· Coesão e aderência
A coesão é a atração mútua entre moléculas de água resultantes das ligações de hidrogênio, a água tem uma elevada tensão superficial, onde as forças atraem as moléculas de água entre si. A aderência também atraem as moléculas de água para superfícies sólidas, onde a água possui grande aderência por outras substâncias que têm em sua molécula grande quantidade de átomos de oxigênio e nitrogênio. As propriedades de coesão e aderência, combinadas, são excepcionalmente importantes na manutenção da continuidade de colunas de água nas plantas. Elas também explicam por que a água ascende em tubos capilares.
Introduzindo a parte dos processos de transportes de água, em que o movimento de água no estado líquido pode ser impulsionado por diferença de pressão (fluxo em massa) ou por diferença de concentração (difusão). O entendimento desta dinâmica da água é um dos principais objetivos da Fisiologia Vegetal. 
· Fluxo em massa
Ocorre quando a uma força externa, como por exemplo, a gravidade ou a pressão, como consequência todas as moléculas se movem como uma massa única para onde a força está exercendo. Esse movimento de água por fluxo é muito comum nos solos e xilemas das plantas.
· Difusão
A difusão é um importante fator no suprimento de CO2 para a fotossíntese bem como para a perda de vapor d’água durante a transpiração na folha. Explicando melhor a difusão é um movimento de uma substância de uma região de alta concentração para uma região de baixa concentração.
· Osmose
Refere-se ao movimento de um solvente, tal como a água, através de uma membrana. Como vimos no fluxo em massa, o transporte é impulsionado por uma gradiente de pressão; na difusão por uma gradiente de concentração; já na osmose, os dois tipos de gradiente influenciam no transporte. Portanto, neste processo, a direção e a taxa de fluxo de água através da membrana são determinadas pela soma destas duas forças (gradiente de pressão e de concentração).
Sobre o potencial hídrico, é o potencial químico da água no sistema (µw), expresso em unidade de pressão, e comparado com o potencial químico da água pura (µow) em pressão atmosférica e mesma temperatura. Podemos definir que a água no sistema solo-planta-atmosfera sempre busca constantemente o equilíbrio termodinâmico. A energia associada ao sistema água-planta-atmosfera é de natureza cinética e potencial. A contribuição do componente cinético é normalmente insignificante devido à baixa velocidade do movimento da água líquida na planta. Entretanto, a água neste sistema possui energia potencial desde que se desloca em resposta a certas forças inerentes ao organismo vegetal. Esse estado de energia é descrito pela função energia livre de Gibbs da Termodinâmica. Em termos termodinâmicos, a energia livre representa o potencial para realizar trabalho. 
Componentes do Potencial Hídrico:
· Soluto
Termo Ψs, conhecido como potencial de soluto ou potencial osmótico representa o efeito dos solutos dissolvidos sobre o potencial hídrico. As moléculas dipolares da água são atraídas e retidas pelos solutos (cátions e ânions), induzindo um decréscimo na atividade da água. Assim, o potencial osmótico tem quase sempre valor negativo. Ele é zero quando a água é pura.
· Pressão
Termo Ψp corresponde ao potencial de pressão. Quando a pressão for positiva há aumento do Ψw, quando negativa (tensão) há diminuição do Ψw. Quando nos referimos à pressão positiva dentro da célula, Ψp é usualmente denominado de potencial de turgescência.
· Mátrico
É o componente do potencial hídrico que define as influências que as forças superficiais e espaços intermicelares exercem sobre o potencial químico da água.
· Gravidade
Ψg representa o potencial gravitacional e expresso à ação do campo gravitacional sobre a energia livre da água. Ele é definido como o trabalho necessário para manter a água suspensa em determinado ponto em relação à atração da gravidade. 
É importante destacar que o potencial hídrico representa a força total que determina a direção do movimento da água. Isto quer dizer que a direção do movimento de água é determinada somente pela diferença de Ψw entre dois pontos, e não pela diferença de um dos seus componentes isolado. 
· Potencial hídrico na célula vegetal
Quando as distancias verticais forem pequenas deve-se desprezar o comportamento gravitacional. O potencial métrico só dever ser considerado em tecidos meristemáticos, tecidos desidratados e sementes. Nas células os únicos componentes gravitacionais consideráveis são potencial osmótico, e o potencial de pressão. O valor do componente varia de acordo com a espécie de planta e o fator climático no local. 
Nas células das plantas que possuem uma boa irrigação o potencial soluto se encontra entre os valores de -0,8 a -1,2. Plantas que passam por estresse hídrico em seu período de desenvolvimento, plantas que acumulam compostos orgânicos solúveis e em heliófilas crescendo em ambientes salinos, o valor do potencial de soluto será bem maior. 
O potencial de soluto dentro da célula e bem negativo, porém, no apoplasto a concentração é bem menor, assim o potencial de solutose torna maior, tornando comum os valores em torno de -0,1. Valor mais negativo no potencial hídrico se deve por causa da pressão negativa formada em consequência da transpiração e não ao acumulo de soluto. O valor da magnitude da pressão negativa varia consideravelmente no xilema e nas paredes celulares, dependendo da taxa de transpiração e altura da planta. Quando a transpiração chega ao seu volume máximo do dia a pressão negativa no xilema chega ao menor valor, mesma coisa acontece durante a noite só que ao contrário, quando a transpiração abaixa o valor passa a ser maior. 
· Diagrama de Hofler
1920 Hofler apresentou um diagrama de como varia o potencial de soluto e pressão, quando a célula passa de célula em plasmólise incipiente até completar turgências. 
· Método de determinação do potencial hídrico em tecidos vegetais
O principal objetivo é a determinação de qual solução tem um potencial osmótico equivalente ao potencial hídrico do tecido. Se o potencial de soluto for externo ele é mais negativo do que o soluto do tecido e isso ocasiona a saída de água e junto a perca de peso, mas se o potencial de soluto externo for menos negativo do que o potencial de tecido ocorre entrada de água e o ganho de peso, quer dizer que ele tem o potencial osmótico equivalente ao potencial do tecido. 
· Método da bomba de pressão 
Utilizado para estimar o potencial de tecidos como folhas ou ramos inteiros. Basicamente a bomba ira medir a pressão hidrostática negativa que existe no xilema de muitas plantas. Assume que o potencial do xilema é igual ao potencial médio de todo o órgão. 
O órgão que passa pelo processo de medição deve ser cortado e posto sobre a câmara. Quando se corta a coluna de água é puxada para dento dos capilares. Quando se faz a medição a câmara é pressurizada com gás comprimido até que a água retorne para a superfície do corte. Quando começar a notar o umedecimento da superfície do corte, deve parar a pressurização e anotar a pressão marcada no nanômetro, esse valor corresponde ao potencial do órgão. 
· Método de determinação do potencial osmótico 
Existem dois métodos para a determinação do potencial osmótico de uma célula ou tecido, sendo eles pelo método celular ou a obtenção do suco dos tecidos e a determinação do seu potencial de soluto direto ou indireto. Método celular: se mede após as células ou tecidos terem alcançado o equilíbrio osmótico. Os métodos mais comuns para a obtenção do suco celular baseiam-se na ruptura do tecido vegetal mediante a baixa temperatura (-20°C), altas temperaturas ou maceração com uma posterior centrifugação. O principal problema desses métodos é estudar sem que se altere essas amostras. O método mais utilizado para medição e o ponto de congelamento do seu suco pelo método crioscópico, com esse método se tem uma maior precisão do ponto de congelamento da solução. 
· Movimentos ascendentes do xilema
O principal tecido condutor de água nas plantas é o xilema, responsável também pela condução de minerais, de algumas pequenas moléculas orgânicas e pela sustentação. Existem dois tipos básicos de células condutoras no xilema, os traqueídeos e os elementos de vaso, sendo ambos mortos. Diferentemente do movimento radial na raiz, a resistência ao fluxo de água no xilema é relativamente mais baixa, uma vez que não existem camadas a serem atravessadas com maiores resistências relativamente altas, como o citoplasma e membranas. Claramente, sabe-se que diferentes forças podem provocar movimento de água no xilema, como a pressão positiva da raiz e a capilaridade.
· Pressão positiva da raiz
Como já mencionado, a força motriz que dirige o movimento da água através da raiz é representada pela diferença de potencial de água entre a solução do solo na superfície da raiz e a seiva do xilema.A pressão positiva da raiz é facilmente visualizada quando o caule de uma planta herbácea é cortado acima da linha do solo; nessa condição, a seiva do xilema exsudará na superfície cortada por várias horas. Essa pressão pode ser medida a partir do acoplamento de um manômetro à extremidade cortada, a pressão positiva da raiz é maior em plantas bem hidratadas, sob condições de alta umidade relativa do ar, acarretando, nessa situação, pouca transpiração, e de solos com boas condições de umidade. 
· Capilaridade
Se um tubo capilar de vidro aberto nas extremida, des for inserido verticalmente num volume de água, o líquido subirá pelo tubo acima da superfície da água. Esse fenômeno é chamado de capilaridade e ocorre devido à interação de forças como adesão, coesão e ten, são superficial da água, com a força da gravidade agindo sobre a coluna de água. 
· Teoria da coesão e tensão
Nas plantas vasculares, a água chega até as folhas através do xilema, que apresenta muitas ramificações, formando uma intrincada rede de vasos no limbo foliar. Devido à transpiração que as plantas geralmente apresentam, é muito importante que a água perdida seja rapidamente reposta. A reposição da água nas folhas deve-se a uma diminuição no potencial de água causada pela evaporação nesses órgãos, que provocará o carregamento de água dos terminais do xilema. Do xilema, a água é cloroplasto “puxado” junto às paredes celulares para dentro das células da folha. Como a água é perdida para a atmosfera, a interface ar-líquido retrai nos interstícios da parede celular.
· Água no Solo
 A água, como sabemos, possui uma alta tensão superficial que tende a minimizar as interfaces ar–água, a medida que o solo desidrata, a água é, inicialmente removida do centro dos maiores espaços entre as partículas. Por causa das forças de adesão, a água tende a se prender às superfícies das partículas do solo, de forma que uma grande área de superfície entre a água do solo e o ar do solo se desenvolve. À medida que o teor de água do solo decresce, a água retrocede para os interstícios entre partículas do solo e a superfície ar– água desenvolve interfaces ar-água curvas.O conteúdo de água no solo depende, também, da textura e da estrutura do solo. Em solos de textura arenosa, os espaços entre partículas são grandes e a água tende a drenar 54 facilmente entre eles, permanecendo somente nas superfícies das partículas e nos interstícios entre partículas. Nos solos de textura argilosa, os canais são estreitos e a água não drena facilmente.
· Absorção de Água pelas Raízes
A água penetra nas raízes principalmente na parte apical que inclui a zona dos pelos radiculares. Regiões mais maduras das raízes frequentemente têm uma camada externa protetora, exoderme ou hipoderme, que contém materiais hidrofóbicos nas suas paredes que são relativamente impermeáveis à água (suberina). 
· Transporte de Água para a Parte Aérea
(Na maioria das plantas, o xilema constitui o principal local de transporte de água). As células condutoras do xilema têm uma anatomia especializada que possibilita o transporte de grande quantidade de água com alta eficiência..O movimento de água das raízes para a folha, via xilema, pode ocorrer devido a uma pressão positiva na sua base (raiz) ou a uma pressão negativa (tensão) desenvolvida na parte aérea (folha)
· Pressão Radicular (explica a gutação)
Algumas plantas exibem um fenômeno conhecido como pressão radicular. Esta pressão radicular pode ser entendida como uma pressão hidrostática positiva no xilema. As raízes absorvem íons da solução diluída do solo e os transportam para dentro do xilema. O acúmulo de solutos no xilema produz um decréscimo no potencial osmótico e consequentemente, no potencial hídrico do xilema. Plantas que desenvolvem pressão radicular frequentemente exibem exsudação de líquido da folha, um fenômeno conhecido como gutação.
· Pressão Negativa (explica a transpiração)
Quando as plantas estão transpirando, o fluxo de água desde o solo, através da planta, para a atmosfera é diretamente proporcional ao gradiente de Pw e inversamente proporcional ao somatório das resistências. Utilizando-se valores típicos de Pw para os diversos compartimentos envolvidos (solo, raiz, caule, folha e atmosfera), obtém-se que a resistênciaao movimento de água das paredes celulares (na folha) para a atmosfera exterior é bem maior que o somatório das demais resistências. 
A teoria é chamada de coesão e tensão porque requer que as propriedades coesivas da água sejam capazes de suportar tensão da coluna de água do xilema, ou seja, é muito importante que a coluna contínua de água seja mantida. 
É necessário lembrar, também, que a adesão das moléculas de água às paredes dos traqueídeos e vasos do xilema e às paredes das células das folhas e raízes é tão importante para a ascensão da seiva quanto a tensão e a coesão. 
A manutenção da integridade da coluna de água ou a resistência à ruptura devem-se à força tênsil da água, que é alta devido às forças coesivas entre as moléculas de água. 
Isso é aproximadamente 10% da força tênsil do cobre e 10 vezes maior que a pressão (subatmosférica) negativa ou tensão de -3 MP a (11/J'p = 3 MP a, definido anteriormente) requerida para deslocar uma coluna de água até o topo de uma árvore de 100 m, sem que seja interrompida. Além disso, a água no xilema contém diversos gases dissolvidos, como dióxido de carbono, oxigênio e nitrogênio, e, quando a coluna de água está sobtensão, os gases ficam propensos a se separar da solução. A expansão da cavitação no xilema pode ser impedida porque os gases não atravessam facilmente os pequenos poros das pontuações dos elementos de vaso e traqueídeos, um efeito também causado pela alta tensão superficial da água. 
No entanto, apesar de uma pequena quantidade de água ser perdida através de pequenas aberturas da casca de caules e ramos jovens (lenticelas), a maior proporção ocorre nas folhas (mais de 90%). 
 A multicamada de ceras conhecida como cutícula, que cobre a epiderme das folhas, funciona como uma barreira bastante efetiva à saída de água, tanto líquida quanto na forma de vapor, protegendo as células de uma eventual dessecação letal. 
O interior da folha é composto por células do mesofilo fotossintético apresentando um sistema interconectado de espaços intercelulares, que pode atingir até 70% do volume das folhas em alguns casos, ocupado por superfícies úmidas, de onde a água evapora, e por ar. 
Eles são localizados de forma que, quando abertos, a rota para as trocas gasosas (principalmente dióxido de carbono, oxigênio e vapor de água) entre os espaços internos das folhas e a atmosfera circundante seja facilitada. 
A difusão de vapor de água pode ocorrer também através das células da epiderme e cutícula (transpiração cuticular), um caminho com resistência alta e variável entre as espécies, dependendo da espessura da cutícula. 
É necessário destacar a importância da difusão como processo que controla a transpiração, visto que o movimento é dirigido pelo gradiente de concentração de vapor de água ou gradiente de pressão de vapor entre as superfícies onde a água está evaporando e a atmosfera. 
Embora tenha sido estabelecido que o movimento de água no sistema solo-planta-atmosfera é determinado por uma gradiente de potencial de água, para a transpiração, onde ocorre difusão na forma de vapor, é melhor pensar em gradiente de concentração de vapor de água (Llcva) ou gradiente de pressão de vapor (Lle), que são equivalentes. A pressão de vapor da água (e) é medida em quilo pascal (KPA) e é proporcional à concentração de vapor de água (Cva) que pode ser expressa em mol m-3. A pressão de vapor da água é a pressão exercida pelas moléculas de água na forma de vapor contra a superfície do fluido que está evaporando e sobre a parede da câmara onde a evaporação está ocorrendo. 
Enquanto, na evaporação, o escape do vapor de água é controlado simplesmente por uma resistência chamada de resistência da camada de ar adjacente ou camada de ar limítrofe à superfície evaporante (ra), no caso da transpiração soma-se a esta as resistências da própria folha (rf).