fisiologia vegetal

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Sejam bem-vindos à 
Fisiologia Vegetal
Professor: Sérgio Araujo Figueiredo
E-mail: sergioaf@unb.br
Senha de acesso ao Moodle (A, B, E, F): ABEF22017
Fisiologia Vegetal
“funcionamento das plantas”
Como as plantas funcionam?
Como as plantas respondem aos 
estímulos abióticos?
Como as plantas respondem aos 
estímulos bióticos?
Por quê? 
Como?
Influência do homem
Níveis de estudo de 
fisiologia vegetal
Macro 
(ecofisiologia)
Micro 
(celular e 
subcelular)
Planta 
(individualizada)
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA – UnB 
INSTITUTO DE BIOLOGIA – IB 
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA – BOT 
FISIOLOGIA VEGETAL - 122084
Prof. Sérgio Araujo Figueiredo
Água
Aula 1
Importância, propriedades, potencial químico e 
potencial hídrico
Por que estudar a água?
1. Produção de alimentos 
(frutas)
1. Produção de alimentos 
(hortifrutigranjeiros)
1. Produção de alimentos 
(grãos - consumo humano e animal)
2. Produção de plantas ornamentais
3. Produção de plantas medicinais e condimentos
4. Jardins e paisagismo
4. Irrigação
5. Produção de bebidas 
(processamento industrial)
6. Ecossistemas
Efeito da disponibilidade de água na produtividade das plantas
1. Principal constituinte do protoplasma (>90% da massa total) 
2. Participa de reações químicas: 
2.1. Fotossíntese: doador de prótons; CO2 + H2O →(luz + clorofila)→ [CH2O]n + O2 
2.2. Respiração: produto; C6H12O6 + O2 → 6CO2 + 12H2O + Energia 
3. Solvente universal 
4. Meio das reações bioquímicas 
5. Meio de transporte nos vegetais (xilema, floema, célula-célula) 
6. Participa da conformação estrutural de macromoléculas (proteínas, DNA, etc) 
7. Responsável pelo turgor dos vegetais (pressão de turgor – vacúolos)
Funções da água nos vegetais (importância)
Funções da água nos vegetais (importância)
8. Participa de movimentos nos vegetais (ganho/perda de água dos vacúolos): 
8.1. Abertura/fechamento estomático 
8.2. Dobramento noturno de folíolos em leguminosas 
8.3. Abertura/fechamento de flores em resposta a temperatura 
9. Tampão térmico: responsável pela homeostase: 
9.1. Elevado calor específico 
9.2. Elevado calor latente de vaporização (44 KJ.mol-1) 
10. Outros
Processos fisiológicos afetados pelo déficit hídrico
Planta – parte % água MF
Alface – folha nova 94.3
Cenoura – raiz madura 90.3
Batata – tubérculo 79.8
Coco – endosperma sólido 50.9
Amendoim – semente 5.2
Água - informações gerais
1. Constituinte mais abundante nos vegetais – ex.:
2. Água nas células: . 90-95%: vacúolo e protoplasma 
 . 5-10%: parede celular
 Stucliffe,1980
3. Em média: 1g matéria orgânica sintetizada → ~ 500g água 
4. Miller (1938) – milho: 
a. ± 98% da água absorvida é perdida pela transpiração 
b. ~0.2% é utilizada na fotossíntese 
Estrutura da molécula de água (H2O)
1. Eletricamente neutra, embora polar (dipolo)
Ponte de hidrogênio
Ligação covalente
2. Interação com outras moléculas via pontes de hidrogênio: ligações fracas ~20KJ.mol-1 
3. Arranjamento espacial: tetraédrico
Propriedades físico-químicas da água
1. Solvente universal – razões
a. Pequeno tamanho molecular 
b. Molécula neutra polar (dipolo)
c. Capacidade de dissolução de íons (camadas de solvatação)
Solvatação de íons
Propriedades físico-químicas da água
1. Solvente universal – razões
F = e1 . e2 
 D . r2 
Substância D (constante dielétrica a 25oC)
Água 78.4
Metanol 33.6
Etanol 24.3
Benzeno 2.3
Hexano 1.9
a. Pequeno tamanho molecular 
b. Molécula neutra polar (dipolo)
c. Capacidade de dissolução de íons (camadas de solvatação)
d. Isolante elétrico (solvente de íons e moléculas) – elevada constante dielétrica (D)
2. Térmicas: molécula atípica e biologicamente importante
2.1. Ponto de fusão 
2.2. Ponto de ebulição 
2.3. Calor latente de fusão 
2.4. Calor latente de vaporização 
2.5. Calor específico
• Líquida à temperatura ambiente 
• Controle homeostático
Liofilização
Geadas Transpiração
Substância Fórmula 
Química
Quant de H Ponto de 
Fusão (oC)
Calor de 
fusão 
(J.g-1)
Ponto de 
ebulição 
(oC)
Calor de 
vaporização 
(J.g-1)
Metano CH4 4 -184 58 -161 556
Amônia NH3 3 -78 452 -33 1.234
Água H2O 2 0 335 100 2.452
Fluoreto de H HF 1 -92 - 19 -
Comparação entre propriedades físicas e químicas da água com as de outros 
compostos com estruturas similares, que têm 10 prótons e 10 elétrons
Fonte: Kerbauy, 2004
3. Adesão e coesão
3.1. Coesão: entre moléculas de mesma natureza ............... tensão superficial 
3.2. Adesão: entre moléculas de natureza diferente ............. capilaridade
Adesão
Coesão
Coesão das moléculas de água
Tensão
Pressão
Quanto de tensão (pressão negativa) é necessário para se romper uma 
coluna d’água dentro de um capilar (p.ex. xilema)?
Aproximadamente -30 MPa!!!!
3.1. Elevada tensão superficial
É a propriedade que um líquido possui de 
manter as moléculas unidas na sua 
superfície como consequência das forças 
intermoleculares
3.1. Elevada tensão superficial
Substância 
(20oC)
Tensão superficial 
(mN.m-1)
Água 72.8
Azeite 32
Etanol 22.3
Glicerina 63.1
Mercúrio 465
3.1. Elevada tensão superficial
Fonte: https://www.thoughtco.com/surface-tension
3.1. Elevada tensão superficial
Importância biológica / agronômica - quebra da tensão superficial
1. Esterelização de material biológico (ex.: cultura de tecidos vegetais) 
2. Aplicação de adubação foliar 
3. Aplicação de herbicidas, fungicidas, etc
3.2. Capilaridade
É a capacidade ou característica que os líquidos apresentam de se movimentar 
em tubos capilares ou de fluir através de corpos porosos, causada pela adesão 
das moléculas de água e pela tensão superficial
3.2. Capilaridade
3.2. Capilaridade
Exemplo de uso laboratorial
Cromatografia de papel
3.2. Capilaridade
Exemplo de uso diário
Limpeza
4. Baixa viscosidade
Disponibilidade e fluxo de água nas plantas – Termodinâmica
H = entalpia 
S = entropia 
T = temperatura (Kelvin)
Energia Livre de Gibbs (2a Lei da Termodinâmica - aumento da entropia do universo) 
 . É uma medida da energia máxima disponível dentro do sistema para conversão 
 em trabalho (pressão e temperatura constantes) 
 . A energia livre de um sistema depende da quantidade da substância presente, 
 sendo por isso uma característica extensiva da substância 
1. Potencial Químico e Potencial Hídrico
ΔG = ΔH - TΔS
1.1- Potencial Químico (𝝭i) 
. É a medida da energia livre por mol da substância “i” (característica intensiva) capaz 
de realizar “trabalho" 
. É sempre comparada com um estado referência para a substância em estudo 
. Unidade: energia (J.mol-1)
Componentes do potencial químico
µ= µ* + RTlnα + zFE +VP + mgh
• µ* = potencial químico de referência 
• RTlnα = solutos (diretamente relacionado com concentração) 
• zFE = elétrico 
• VP = pressão 
• mgh = gravitacional
Componentes do potencial químico
µ= µ* + RTlnα + zFE +VP + mgh
• zFE = potencial elétrico da água é zero (não tem cargas)
µ= µ* + RTlnα + zFE +VP + mghX
µ = µ* + RTlnα + VP + mgh
Para soluções diluídas a temperatura e pressão constantes, 
o potencial químico é, aproximadamente, proporcional à concentração 
(expressa em termos de atividade)
µi = RT ln ai 
ai = 𝛾iCi
ai = atividade efetiva 𝛾i = coeficiente de atividade a espécie i 
Ci = concentração da espécie i
µ = µ* + RTlnα + VP + mghXX
1.2. Potencial da água ou potencial hídrico (𝝭a ou 𝝭w ou 𝝭h)
 𝝭 = µa - µa* 
 Va
Conceito 
É o potencial químico da água num sistema (ou parte dosistema) comparado com 
o potencial químico da água pura, dividido pelo volume parcial molal da água, à 
temperatura constante
• Potencial hídrico é expresso em 
unidades de pressão (bar, atm, MPa) 
(1 MPa = 10 bares = 9,87 atm) 
• a (água pura): por definição é zero 
(referência)
µ = µ* + RTlnα + VP + mgh
µ - µ* = RTlnα + VP + mgh
µ - µ* = RTlnα + VP + mgh 
 Va Va Va Va𝝭a = 𝝭s + 𝝭p + 𝝭g
Componentes do Potencial de Água (𝝭h ou 𝝭a)
1. Potencial osmótico (𝝭s ou 𝝭𝜋)
• O potencial osmótico (potencial de soluto) é causado pela presença de 
partículas de soluto na água 
• A adição de solutos reduz o potencial hídrico da água por efeito de 
diluição e por efeito de solvatação 
• O 𝝭s poderá ser nulo (água pura) ou negativo (solução, suspensão) por 
reduzir o 𝝭a
𝝭a = 𝝭s + 𝝭p + 𝝭g
𝝭a = 𝝭s + 𝝭p + 𝝭g + 𝝭m
. Em função da presença de substâncias insolúveis na água, pela adesão da água 
a estas substâncias, surge o potencial matricial (𝝭m)
Unidade: MPa
Equação de van’t Hoff: utilizada para o cálculo do 𝝭s
1. Potencial osmótico (𝝭s ou 𝝭𝜋)
Onde: R: constante universal dos gases (8,314 j mol-1 k-1); 
 T: temperatura em Kelvins; 
 cs: concentração dos solutos na solução (osmolalidade: mol L-1) 
Obs.: se o soluto se dissociar, o número de íons deve ser considerado 
𝝭s = -RTcs
1. Potencial osmótico (𝝭s ou 𝝭𝜋)
2. Potencial de pressão (𝝭p)
O 𝝭p pode assumir os seguintes valores: 
• P = 0 (plasmólise incipiente) 
• P = (-) (pressão negativa ou tensão, sucção, empuxo vasos de xilema) 
• P = (+) (pressão positiva em células vivas, conhecida com pressão de turgor) 
• É a capacidade de produzir pressão hidrostática 
• Quando aumentamos a pressão, aumentamos a energia livre e o potencial 
químico em um sistema
Plasmólise
. Plasmólise incipiente: 𝝭p = 0
Potencial de pressão e turgor das plantas
Alongamento celular e 𝝭p
Processo complexo
2. Reorientação das 
 microfibrilas de celulose 
 na parede celular
1. Afrouxamento das 
 ligações entre as 
 microfibrilas de 
 celulose da parede 
 celular
3. Participação de vários 
 hormônios vegetais 
 (ex. auxinas)
4. Aumento do 𝝭p 
 (entrada de água 
 na célula)
Alongamento celular e 𝝭p
Exemplo: mitose
3. Potencial matricial (𝝭m)
• Relativo a adsorção de moléculas de água em superfícies hidrofílicas (proteínas, 
carboidratos, parede celular, solo, etc) 
• Efeito (consequência): reduz o 𝝭a 
• Nas células, é desprezível
• Dependente da natureza da superfície hidrofílica e da distância entre a superfície e 
as moléculas de água adsorvidas 
• Responsável por diversos processos: 
1. Hidratação ou embebição de sementes para germinação 
2. Retenção de água nas particulas do solo 
3. Outros 
3. Potencial matricial (𝝭m)
4. Potencial gravitacional (𝝭g)
• Insignificativo a nível celular, nas folhas e raízes, entre galhos 
• Considerar somente em árvores altas: 10 m → 0.1 MPa
𝝭g = 𝜌a.g.h
Componentes do Potencial de Água (𝝭h ou 𝝭a)
Resumo
Visão geral dos efeitos dos componentes do 𝝭h sobre o 𝝭h 
Potencial 
pressão-
Potencial 
pressão+
Bomba de Scholander
Possibilita a medição do potencial hídrico de partes da planta
Bomba de Scholander
Variação do potencial hídrico celular
𝝭a = 𝝭s + 𝝭p
Variação do potencial hídrico celular
1. Fase inicial
Devido à rigidez da parede celular, na fase inicial, 
a redução do 𝝭a está relacionada com mais com 
a redução do 𝝭p do que com a diminuição do 𝝭s 
𝝭a
𝝭p
𝝭s . A redução do 𝝭a de 0 para -2 MPa promoveu uma diminuição de 5% do volume da célula . O 𝝭p reduziu de -2,2 MPa para -0,8 MPa 
. O 𝝭s diminuiu de -2,2 MPa para -2,5 MPa
Neste exemplo …
Variação do potencial hídrico celular
2. Fase final
A redução do 𝝭a está relacionada com mais com 
uma redução do 𝝭s do que com a diminuição do 𝝭p 
𝝭a
𝝭p
𝝭s
MPa Volume Relativo da Célula
0
0,5
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0
-2,5
1,0
1,5
2,0
1,0
ψ
ψ
ψ
P
a
s
Variação do potencial hídrico celular 
(Diagrama de Höfler)
Plasmólise incipiente