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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA REGIÃO TOCANTINA CAMPUS ESTREITO/CURSO DE AGRONOMIA DISCIPLINA DE FISIOLOGIA VEGETAL RELAÇÕES HÍDRICAS Estreito-MA 2024 0,1 disponível 0,6 subterrânea ÁGUA Importância 100% da água do Planeta 97,3 salgada 2,7 doce 2,0 gelo 0,7 líquida A agricultura consome cerca de 70% da água gasta pela população. Planta de 2kg de milho consome aproximadamente 200 kg de água durante seu ciclo. Importância Reagente produto da atividade fotossintética Meio de transporte de solutos e gases; Reagente produto da atividade fotossintética; Afeta o crescimento celular (expansão) e o crescimento vegetal; Participa da abertura e fechamento estomático; Afeta a translocação de fotoassimilados; Participa da abertura e fechamento estomático; Efeito de resfriamento, funcionando como tampão da temperatura; Evita grande variação de pH celular (devido alto poder de diluição); Elevado calor específico (alto reservatório de calor, alta absorção de radiação solar sem elevar a temperatura a níveis letais a célula; Alto calor latente (transpiração efeito refrigerante, ajuda na dissipação de calor absorvido pela radiação. Ciclo hidrológico www.mundoeducacao.com.br www.sobiologia.com.br Classificação das plantas quanto ao meio hídrico e ao ambiente Hidrófitas Crescem totalmente ou parcialmente submersa na água (algumas pteridófitos e angiospermas); Folhas finas (reduz resistência do fluxo de água); Xilema pouco desenvolvido (sua sustentação depende principalmente da água). Ex: Aguapé e Lótus Higrófitas Plantas terrestres de ambientes úmidos e sombreados (umidade relativa muito alta e solo muito úmido). Ex.: musgos, hepáticas e algumas samambaias; Eficientes na fotossíntese com baixa luminosidade; Apresentam alta razão de área superfície/volume; Podem resistem a dessecamento prolongado e reiniciando o crescimento após reidratação. Classificação das plantas quanto ao meio hídrico e ao ambiente Mesófitas Xerófitas Plantas de Caatinga, Savanas e Sertões. Encontram-se em lugares rochosos ou com escassez de água. I. Fixação de Carbono a noite; Sistema radicular profundo; Cutícula de baixa permeabilidade; Armazenamento de água em cladódios (ramos achatados) ou xilopódios (tubérculos lenhosos ou gramíferos). Plantas que crescem geralmente em solos bem drenados e locais que sofrem grande variação na umidade relativa do ar (maioria das espécies que ocorre em regiões tropicais e temperadas). Cutícula bem desenvolvida; Regulam a perda de água através da abertura e fechamento dos estômatos; Sistema radicular extenso e xilema bem desenvolvido; Muitas mesófilas são decíduas (época de inverno ou seca). Desenvolvimento de mecanismos de adaptação A estrutura e as propriedades da água Polaridade Pontes de hidrogênio Ligação covalente Eletronegativamente A estrutura e as propriedades da água ALTO CALOR ESPECIFICO CALOR LATENTE Substância Calor Específico(cal/g°C) Alumínio 0,219 Água 1,000 Álcool 0,590 Cobre 0,093 Chumbo 0,031 Estanho 0,055 Ferro 0,119 Gelo 0,550 Mercúrio 0,033 Ouro 0,031 Prata 0,056 Vapor d'água 0,480 Zinco 0,093 Energia necessária para separar as moléculas da fase liquida para gasosa O calor latente (L) nos informa a quantidade de calor que uma unidade de massa de um determinado material necessita receber ou perder para mudar seu estado físico de agregação. Calor necessário para aumentar a temperatura Calor específico é a quantidade calor necessária pra elevar em 1ºC a temperatura de 1g de substância, sem que haja mudança de estado físico. A combinação alto calor específico com alta condutividade térmica capacita a água absorver e redistribuir energia calórica sem elevar a temperatura. A estrutura e as propriedades da água Mede a capacidade de uma substância para neutralizar a atração entre cargas elétricas. Alta constante dielétrica COESÃO ADESÃO TENSÃO SUPERFICIAL Atração da água a uma fase sólida Atração mútua entre moléculas A estrutura e as propriedades da água As moléculas que estão na superfície da água só são atraídas por moléculas abaixo e ao lado delas, criando uma película elástica na superfície chamada de tensão superficial. Essas propriedades explica a teoria coesão- tensão ou teoria de DIXON. DIFUSÃO FLUXO DE MASSA OSMOSE PROCESSOS DE TRANSPORTES DE ÁGUA PRINCÍPIO TERMODINÂMICO: “Uma transformação é ESPONTÂNEA na natureza quando ocorre de um estado de MAIOR energia para um estado de MENOR energia” Processos de transportes de água Difusão É o movimento de moléculas por agitação térmica aleatória. A difusão causa o movimento líquido de moléculas de regiões de alta concentração para regiões de baixa concentração. Lei de Fick: Js= -Ds ∆cs ∆x Js = densidade de fluxo da substancia s = substância D = coeficiente de difusão (constante) ∆cs = diferença de concentração da substância ∆x = diferença da distância entre dois pontos Sinal - = indica que o fluxo ocorre em direção a menor concentração Difusão É rápida para curtas distâncias, mas extremamente lenta para longas distâncias. Difusão de uma molécula de glicose Célula de 50µm 2,5 s Difusão de uma molécula de glicose 1m 32 anos Processos de transportes de água Fluxo de massa É o movimento de um conjunto de grupos de moléculas em massa, mais comumente em reposta a um gradiente de pressão, e é independente do gradiente de concentração de solutos. Determina o transporte de água a longas distâncias. Equação de Poiseuille: Teoria de Münch Osmose É o movimento de água e de outras substâncias pequenas, sem cargas, através de membranas seletivamente permeáveis. Ocorre espontaneamente em resposta a duas forças: gradiente de concentração de água e gradiente de pressão. Processos de transportes de água Classificação dos meios Isotônico (I) Hipertônico (II) Hipotônico (III) Túrgida Plasmólise Mecanismo de transporte no floema H2O H2O H2O H2O H2O H2O Fluxo em massa Potencial hídrico: = unidade de pressão de Pascal 𝟁 químico Vmolal da água O que é potencial hídrico? É uma medida da energia livre da água por unidade de volume, ou é o potencial química da água dividido pelo volume molal da água. Potencial químico é uma expressão quantitativa da energia livre a ela associada. A energia livre representa o potencial para realizar trabalho. é a energia necessária, por quantidade de água, para transportar uma quantidade infinitesimal de água da amostra para uma referência de água livre. Potencial químico da água Considerando que: 1000 moléculas de água É a energia livre capaz de realizar trabalho. O trabalho da água, no nosso caso, é o de dissolver substâncias. 100 moléculas de NaCl + 400 moléculas de NaCl + Dissociação Dissociação 100 moléculas de H2O em 100 moléculas de NACL Resultado=900 moléculas com energia para realizar trabalho 400 moléculas de H2O em 400 moléculas de NACL Resultado=600 moléculas com energia para realizar trabalho 𝟁 > 𝟁 𝟁w pura = 0 MPa (Cada vez que a água realiza um trabalho esse 𝟁 passa a ser negativo) Fatores quem influenciam o 𝟁w: Concentração (𝟁s) – Potencial osmótico É aquele que é gerado na célula devido ao acúmulo de solutos no citoplasma ou vacúolo. Pressão (𝟁p) – Potencial de pressão ou potencial hidrostático Força que a parede celular exerce sobre a membrana, quando as células se encontram totalmente túrgidas, impedindo a destruição da mesma. Gravidade (𝟁g) – Potencial gravitacional Diz respeito a força da gravidade. Ele é importante quando faz com que a água tenha que vencê-lo para atingir folhas em alturas variáveis. Potencial hídrico celular (𝟁w) Potencial hídrico celular (𝟁w) 𝟁s = potencial de soluto ou potencial osmótico 𝟁p = pressão hidrostática (positiva ou negativa) 𝟁g = potencial gravitacional Potencial hídrico (𝟁w) = 𝟁s + 𝟁p Cálculo do 𝟁w : Potencial Osmótico (𝟁s) Pressão hidrostática (𝟁p)Potencial gravitacional (𝟁g) 𝟁w = 𝟁s + 𝟁p + 𝟁g 𝟁g = ρwg.h ρwg = 0,01 Mpa.m-1 h = 10 𝟁g = 0,01x 10 𝟁g = 0,1 MPa Insignificante a nível celular Potencial hídrico (𝟁w) Diagrama de Hoffler Potencial hídrico celular O potencial hídrico representa a força total que determina a direção do movimento da água. Isto que dizer que a direção do movimento de água é determinada somente pela diferença de potencial hídrico entre dois pontos, e não pela diferença de um dos seus componentes isolado. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE 𝟁W Método da bomba de pressão (tipo Scholander); Método da determinação de saturação hídrica e do teor relativo de água. Método da bomba de pressão (tipo Scholander) Mede a pressão hidrostática negativa (tensão) que existe no xilema de muitas plantas. 𝟁wxilema= 𝟁wplanta 𝟁s no xilema é desprezível; o xilema está em contato intimo com a maioria das células do órgão e até mesmo de toda a planta. Bomba de pressão (tipo Scholander) Método da determinação de saturação hídrica e do conteúdo relativo de água O déficit de saturação hídrica (Δwsat) representa a quantidade de água que a planta precisa para alcançar a saturação. O conteúdo relativo de água (CRA) expressa o conteúdo de água em relação ao observado na saturação. Essas duas variáveis são determinadas de forma idênticas. Assim, se o CRA de uma dado órgão for 80%, o Δwsat será 20%. Peso Seco (Ps) Peso Fresco (PF) Peso Túrgido (Pm) CRA = PF - Ps x 100 (%) Pm - Ps Dwsat = Pm - PF x 100 (%) Pm - Ps Exercícios 1) Duas células, A e B, estão em contato, e têm os seguintes potenciais: Dados: - Célula A 𝟁s = -0,4 MPa e 𝟁p= 0,1 Mpa - Célula B 𝟁s = -0,7 Mpa e 𝟁p=0,5Mpa a) Qual será a direção do transporte de água? Resolução: Célula A Célula B 2) Uma célula em estado de plasmólise incipiente (𝟁p=0 MPa) com volume igual a 1,0 é colocada em água pura, alcançando posteriormente o equilíbrio, e ficando com o volume final igual a 1,5. Considerando o 𝟁s=-0,9 MPa, calcule: a) O potencial hídrico (𝟁w) inicial; O potencial osmótico (𝟁s) final; Fórmula: (𝟁s)i. Vi = (𝟁s)f.Vf A pressão hidrostática da célula em equilíbrio. Exercícios 𝟁p = 0 𝟁w = 𝟁s 𝟁w= 0 3) Analise os dados abaixo e responda: PLANTA A Peso fresco de 50 discos foliares: 3,2g Peso túrgido de 50 discos foliares: 4,5g Peso seco de 50 discos foliares: 15% do peso fresco. PLANTA B Peso fresco de 50 discos foliares: 5,2g Peso túrgido de 50 discos foliares: 5,9g Peso seco de 50 discos foliares: 10% do peso fresco. Qual o CRA das duas plantas? Qual a % de água que as plantas precisam para alcançar sua saturação? Qual das duas plantas estão com maior estresse hídrico? Justifique. Exercícios Movimento da água pela diferença de 𝟁w Água no solo ÁGUA CAPILAR: é aquela que preenche os espaços existentes entre as partículas do solo, chamado de capilares. O tamanho e a quantidade destes depende da matriz do solo. Esta água é a que estar disponível para as plantas; CAPACIDADE DE CAMPO: é a situação em que todos os capilares encontram-se saturados de água. Esse é o momento mais favorável para a absorção da planta; SOLO INUNDADO: ocorre quando a água se acumula acima da superfície do solo. Nesse caso ocorre o prejuízo a difusão de O2 para as raízes. PONTO DE MURCHA PERMANENTE: corresponde a um determinado valor de potencial hídrico do solo, que uma vez que o solo atinja esse valor, não permite mais a recuperação da planta, mesmo que ele atinja novamente a capacidade de campo. Absorção de água pelas raízes Rotas apoplástica Rotas simplástica Rotas transmembrana ENDODERME Estria de Caspary RAIZ Transporte de água na raiz Água e solutos células células tecidos raízes folhas ATMOSFERA Processos do movimento da água Água tecidos QUEM É RESPONSÁVEL PELO MOVIMENTO ASCENDENTE DE ÁGUA? XILEMA Fibras lenhosas Parênquima lenhoso Elementos traqueais Traqueídes Elementos de vaso Angiospermas Gimnospermas Pteridófitas Angiospermas Em algumas Gimnospermas e Pteridófitas DIFERENÇA ENTRE TRAQUEÍDES E ELEMENTO DE VASO Alongados e estreitos; Menor calibre; Pontuações laterais e terminais. Curtos e largos; Maior calibre; Pontuações laterais; Perfurações nas paredes terminais; Extensões maiores. Vasos embolizados Pressão positiva da raiz Capilaridade Teoria da coesão e tensão COMO OCORRE O MOVIMENTO DA ÁGUA? O acúmulo de solutos no xilema, resultado da absorção de íons pela raízes, leva a um decréscimo do 𝟁s do xilema e, portanto, a diminuição do 𝟁w. Essa diminuição proporciona a força propulso apara obstrução da água, gerando uma pressão hidrostática positiva. Alta concentração de íons no Cilindro central Ψw reduzido Entrada de água Pressão hidráulica “Pressão de raiz” Movimento da água Saída de água na forma de gotículas (manhã) GUTAÇÃO Hidatódios Umidade no ar e no solo 1. PRESSÃO POSITIVA DA RAIZ Hidatódio 2. CAPILARIDADE capilaridade diâmetro Diâmetro 50 μm = 0,6 m de altura Diâmetro 400 μm = 0,08 m de altura Integração de forças Adesão Coesão Tensão superficial Ascensão da água, acima de seu nível, através de um tubo, pela interação de suas forças de adesão, coesão e tensão superficial. Se aplica a árvores de pequeno porte. 3. TEORIA DA COESÃO-TENSÃO (H. Dixon, 1914) Ele requer as propriedades de coesão da água para suportar grandes tensões nas colunas de água no xilema. Transpiração Diminuição Ψw nas folhas A célula “puxa” água do xilema Gera a tensão (pressão negativa) Transmitida às raízes (baixo Ψw) Absorção de água do solo Ψw Ascensão da água pelo xilema Coluna contínua de água Células do mesófilo das folhas Coesão da água Tensão da coluna Cavitação Embolia TRANSPIRAÇÃO 95% da água absorvida pela planta é perdida pela transpiração, o restante é usado no metabolismo e crescimento; 90% é realizada na folha. Vapor d’água Espaços intercelulares Estômatos “Condutância e transpiração” Correlação 0,91 Epiderme Cutícula MESÓFILO FOLIAR TIPOS DE TRANSPIRAÇÃO Fatores que influenciam a transpiração 1) Diferença de concentração de vapor d’água; 2) Resistência a difusão 1. Diferença de concentração de vapor d’água Δ[ ]wv= Cwv (folha) – Cwv(ar) 2. Resistência a difusão Resistência estomática (Re) Resistência da camada limítrofe (Rar) Resistencia cuticular (Rcu) MODELO FÍSICO DA ÁGUA NO S.S.P.A Diagrama do sistema sola-planta-atmosfera, indicando as resistências e os valores aproximados que o potencial de água (𝟁) assume em cada ponto do sistema. FISIOLOGIA DOS ESTÔMATOS Angiospermas, gimnospermas, pteridófitas e briófitas; Podem ocorrer no caules verdes, flores, frutos e principalmente em folhas; Freqüência varia de 30 a 400.mm-2 , até 1200.mm-2 ; Ex: Nicotiana tabacum Monocotiledôneas: anfiestomática; Dicotiledôneas herbáceas: maior quantidade na face abaxial; Dicotiledôneas lenhosas: exclusivamente na face abaxial; Plantas aquáticas: apenas na face adaxial. FISIOLOGIA DOS ESTÔMATOS Funções a)Transpiração; b)Fotossíntese; c)Respiração; d)Termoregulador. ESTRUTURA ESTOMÁTICA ; Complexo estomático Células-Guardas; Células anexas ou subsidiárias c)Cloroplastos; Sem Plasmodesmas; Sem Cutícula; Parede Celular espessada em pontos; Ostíolo ou Poro; Câmara sub-estomática. ESTÔMATO - RINIFORME Células guardas típicas de dicotiledôneas e muitas monocotiledôneas, assim como gimnospermas, pteridófitas e musgos. Nesse tipo de células é mais rara a presença de células subsidiárias. Células guardas típicas de gramíneas e algumas poucas monocotiledôneas como as palmeiras. Estas células são sempre acompanhadas por células epidérmicas diferenciadas chamadas de células subsidiárias ESTÔMATOS - HALTERES Complexo estomático DIMENSÃONÚMERO E TAMANHO NÚMERO Pode variar de 1.000 a 100.000 / cm2 de folha. TAMANHO MÉDIO 3 a 12 mm de largura;7 a 40 mm de comprimento; 100 mm2 de área, quando abertos; Corresponde de 1 a 2 % da área foliar total. DISTRIBUIÇÃO LOCALIZAÇÃO Faces das Folhas (Epiderme adaxial e abaxial) ANFIESTOMÁTICA: ambas - Ex. Folhas de regiões áridas. HIPOESTOMÁTICA: abaxial - Ex. Folhas de regiões úmidas. EPIESTOMÁTICA: adaxial - Ex. Folhas de plantas aquáticas. ANISOESTOMÁTIA: ambas, porém com número diferentes. MECANISMOS DA REGULAÇÃO ESTOMÁTICA HIDROPASSIVO: perda de água diretamente para a atmosfera. HIDROATIVO: depende do metabolismo, isto é, depende da concentração de solutos nas células guardas. Depende do Potencial Osmótico (Ψos). Depende da Entrada de Íons (K+, Cl-) e da biossíntese de compostos orgânicos: malato-2. COMO OCORRE A ABERTURA ESTOMÁTICA? Abertura dos estômatos Absorção osmótica de água pelas células-guardas Aumento da pressão hidrostática Aumento do volume de 40 a 100% Saída de água Fechamento estomático TEORIA DOS ÍONS OSMORREGULADORES DAS CÉLULAS-GUARDAS (S. IAMAMURA, 1943) Fluxo de K+ para o interior das células-guardas (CG) Produção de malato2- nos cloroplastos das CG - luz Fluxo simporte de Cl-H+ para o interior das CG Segundo essa teoria, a osmorregulação das células-guardas dever-se-ia à entrada de íons de potássio (K+) e cloreto (Cl-) e à síntese de malato 2- dentro das células . H+-ATPase bombeia para fora Abertura estomática Hiperpolarização da membrana Neutralidade elétrica da CG REGULAÇÃO DE ABERTURA ESTOMÁTICA INDUZIDA PELA LUZ 1. 2. O ABA liga-se ao seu receptor; A ligação do ABA induz a formação de espécies reativas de oxigênio, as quais ativam canais de Ca2+ da membrana plasmática; O ABA aumenta os níveis do ADP-ribose cíclico e do IP3, os quais ativam canais de cálcio adicionais no tonoplasto; 3. 4. O influxo do cálcio inicia oscilações de cálcio intracelular e promove a posterior liberação do cálcio dos vacúolos; O aumento do cálcio intracelular bloqueia os canais de influxo de K+; 5. 6. do Ca intracelular abertura do canal efluxo de Cl- na O aumento promove a (ânion) de membrana, causando sua despolarização; 7. A bomba de próton da pelo membrana é inibida aumento do Ca citosólico induzido pelo ABA e por um aumento intracelular do pH, despolarizando posteriormente a membrana; A despolarização da membrana ativa canais de efluxo de K+ ; Para que o K+ e os ânios saiam 8. 9. através da membrana, é necessário que sejam primeiro liberados dos vacúolos para o citosol. FECHAMENTO ESTOMÁTICO PELA AÇÃO DO ÁCIDO ABSCÍSICO (ABA) REGULAÇÃO DO FECHAMENTO ESTOMÁTICO INDUZIDO PELO DÉFICIT HÍDRICO Referências consultadas KERBAUY, Gilberto Barbante - 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. TAIZ, Lincoln. Fisiologia Vegetal. 4 ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. APPEZZATO-DA-GLÓRIA. Anatomia Vegetal. Viçosa: UFV, 2003. image1.jpg image2.jpg image3.png image4.png image5.png image6.png image7.jpg image8.jpg image9.jpg image10.jpg image11.png image12.png image13.jpg image14.jpg image15.jpg image16.png image17.png image18.png image19.jpg image20.jpg image29.jpg image30.png image31.png image32.png image33.jpg image34.png image21.png image22.png image23.png image24.png image25.png image26.png image27.jpg image28.jpg image35.png image36.png image37.png image38.png image39.png image40.png image41.png image42.png image43.jpg image44.png image45.png image46.png image55.png image56.jpg image57.jpg image58.png image59.png image60.png image61.png image62.png image63.png image64.png image47.png image65.png image66.jpg image48.png image49.png image50.png image51.png image52.png image53.png image54.png image67.png image68.jpg image69.png image70.png image71.png image72.png image73.png image74.png image75.png image76.png image77.png image78.png image79.jpg image80.jpg image81.jpg image82.jpeg image83.jpg image84.png image85.png image86.png image87.jpg image88.png image89.png image90.jpg image91.png image92.png image93.png image94.png image95.png image96.png image97.png image98.png image99.png image100.png image101.png image102.png image103.png image104.png image105.png image106.jpg image107.jpg image108.jpg image109.png image110.png image111.png image112.jpg image113.jpg image114.jpg image115.jpg image116.png image117.png image118.jpg image119.png image120.png image121.png image122.png image123.jpg image124.jpg image125.jpg image126.png image127.jpg image128.jpg image129.jpg image130.jpg image131.jpg image132.png image133.png image134.png image135.png image136.png image137.png image146.png image147.png image148.png image149.png image150.jpg image151.png image152.png image153.png image154.png image155.png image138.png image156.jpg image139.png image140.png image141.png image142.png image143.png image144.png image145.png image164.png image165.png image166.png image167.png image168.png image169.png image170.png image171.png image172.png image173.png image157.png image158.png image159.png image160.png image161.png image162.png image163.png image174.png image175.png image176.jpg image177.jpg image178.png image179.jpg image180.png image181.png image182.png image183.jpg image191.png image192.png image193.png image184.png image185.png image186.png image187.jpg image188.jpg image189.jpg image190.png image194.png image195.png image196.png image197.png image198.png image199.jpg image208.png image209.png image210.png image211.png image212.png image213.png image214.png image215.png image216.png image217.png image200.jpg image218.png image201.png image202.png image203.png image204.png image205.png image206.png image207.png image219.jpg image220.png image221.jpg image222.jpg image223.jpg image224.jpg image225.jpg image226.png image227.png image228.png image229.jpg image230.png image231.png image232.png image233.png image234.jpg image235.jpg image236.jpg image237.jpg image238.jpg image239.jpg image240.jpg