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Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Relações hídricas – Parte I FISIOLOGIA VEGETAL Pombal – PB A água e a célula vegetal IMPORTÂNCIA E FUNÇÕES DA ÁGUA NAS PLANTAS • Cada g de M. O. produzida pela pta → 500 g de água: → Absorvidos pelas raízes → Transportados através do corpo da planta → Perdido para atmosfera através das folhas • Planta de milho consome cerca de 100 vezes mais água que seu peso fresco p/ completar seu ciclo • Volume consumido/planta de milho durante o ciclo: 200 L • Sob dia ensolarado: a planta renova 100% de seu conteúdo de água em apenas uma hora CONTEÚDO DE ÁGUA NOS TECIDOS VEGETAIS • Tecidos vegetais em crescimento: 80-95% • Frutos e folhas: 80-90% • Madeira (tecidos lenhosos): 35-75% • Raízes tuberosas: 70-95% • Sementes secas: 5-15% OUTROS DESTAQUES EM RELAÇÃO A ÁGUA • Mais abundante e melhor solvente • Ambiente onde ocorre a maioria das reações bioquímicas celulares • É responsável pela turgescência das células e como conseqüência pela forma e estrutura dos tecidos que não possuem rigidez • Sua alta capacidade de absorver calor contribui para que as plantas não sofram tanto com as flutuações de temperatura do ambiente • É o solvente em que os sais minerais penetram nas raízes e são transportados através da planta • É também o solvente em que os fotoassimilados e outros compostos orgânicos são transportados • O ganho e a perda de água das células e tecidos são responsáveis por vários movimentos na planta (abertura e fechamento de estômatos, flores e folíolos) • O aumento de tamanho e de volume das células depende da absorção de água • De todas as substâncias que entram e saem da planta a água é o recurso requerido em maior quantidade e o mais limitante p/ a produtividade agrícola Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal EXISTEM QUATRO TIPOS DE PLANTAS DE ACORDO COM A DISPONIBILIDADE DE ÁGUA NO AMBIENTE • Hidrófilas: vivem parcial ou totalmente submersas ♦ Presença de aerênquima na folha Ex: Vitória Régia • Higrófilas: vivem em ambientes excessivamente úmidos e sombreados ♦ Grande superfície foliar ♦ Cutícula fina ♦ Pouco controle da transpiração Ex: Samambaias • Mesófilas: crescem em solos úmidos mais bem drenados ♦ Regulam a perda de água através dos estômatos ♦ Cutícula geralmente impermeável ♦ Sistema vascular bem desenvolvido (xilema) ♦ Sistema radicular extenso Ex: Maioria das plantas cultivadas • Xerófilas: ocorrem geralmente em desertos e regiões de baixa precipitação ♦ Folhas pequenas ♦ Presença de pêlos e espinhos ♦ Armazenam água em caules e folhas ♦ Cutícula cerosa ♦ Quase sempre apresentam o metabolismo CAM DESEQUILÍBRIO NO FLUXO DE ÁGUA CAUSA: • Déficit hídrico na planta • Mau funcionamento dos processos celulares Grande desafio enfrentado pelas plantas: → Equilibrar a perda de água → Associada a captação de CO2 (fotossíntese) ESTRUTURA E PROPRIEDADES DA ÁGUA • A molécula da água apresenta: → Um átomo de Oxigênio (O) → Dois átomos de Hidrogênio (H) → Ligados covalentemente • Características da molécula de água: → O Oxigênio é mais eletronegativo que o Hidrogênio → Oxigênio atrai os elétrons da ligação covalente → Formação de carga parcial negativa no oxigênio → Formação de carga parcial positiva no hidrogênio → As ligações formam um ângulo de 105º Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal • Polaridade da molécula de água deve-se: → Separação de cargas parciais (- e +) → Formato da molécula de água → Ligações do tipo eletrostática entre moléculas de água (pontes de hidrogênio) • Água: excelente solvente → Natureza polar → Tamanho da molécula de água → Natureza polar de substâncias iônicas e solutos orgânicos (açúcares – OH- e proteínas – NH2+) • Água: propriedades térmicas → Calor específico: é o calor necessário p/ aumentar a temperatura de uma substância em uma quantidade específica (1ºC → 1g de água) ♦ A água apresenta alto calor específico: requer uma grande quantidade de energia p/ elevar sua TºC ♦ Proporciona maior equilíbrio nas flutuações de TºC → Calor latente de vaporização: é a energia necessária p/ separar a água da fase líquida p/ a fase gasosa ♦ A água apresenta alto calor latente de vaporização 15ºC → 588 cal g-1 → folha perde 2.462 J de energia calórica • Água: coesão, adesão e tensão superficial → Coesão: atração mútua entre moléculas de água → Adesão ou aderência: atração da água a uma superfície sólida (ex: parede celular) → Tensão superficial (TS): coesão + adesão ♦ Formação de gotículas sobre superfície sólida (folha) ♦ Evita a entrada de água pelos estômatos qdo abertos ♦ Presença de íons aumenta a TS ♦ Alta temperatura reduz a TS ♦ Detergentes e surfactantes reduzem a TS PROCESSOS DE TRANSPORTE DE ÁGUA Água: Solo → Planta → Atmosfera (transpõe vários meios) ♦ Espaços intercelulares ♦ Parede celular ♦ Membrana plasmática ♦ Citoplasma Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Existem três processos de transporte de água: → Difusão → Fluxo de massa → Osmose • Difusão → É o movimento de moléculas de água como resultado da agitação térmica com progressivo deslocamento de regiões de alta p/ baixa energia livre → O movimento de água ocorre a favor de um gradiente de concentração: alta → baixa → Década de 1880: Adolf Fick descobriu que a taxa de transporte é diretamente proporcional ao gradiente de concentração Js = - Ds (∆cs/∆x) onde: Js = taxa de fluxo ou transporte Ds = Coeficiente de difusão ♦ Tamanho da molécula ♦ Meio de difusão ∆cs = Gradiente de concentração ∆x = Distância percorrida → Difusão é rápida p/ curtas distâncias: T = L2/Ds onde: T = tempo de difusão ou transporte L = distância Ds = Coeficiente de difusão ♦ Difusão célula-célula da glicose Ds = 10-9 m2 s-1 L = 50 µm (50 x 10-6 m) T = 2,5 s ♦ Difusão da glicose a distância de 1 m: Ds = 10-9 m2 s-1 L = 1 m T ≈ 32 anos • Fluxo de massa → É o movimento em conjunto de grupos de moléculas em resposta a um gradiente de pressão → O fluxo de massa é responsável pelo transporte da água a longa distância Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Taxa de fluxo depende: R = raio η = viscosidade ∆ΨP/∆x = gradiente de pressão Descobridor dessa relação foi o Francês Poiseuille: Onde: Taxa de fluxo = (πr2/8η) (∆ΨP/∆x) • Osmose → Movimento da água através de uma membrana por um processo energético espontâneo → Na osmose atua o gradiente de concentração (difusão) e pressão (fluxo de massa) → Água move-se de uma região de alto a baixo potencial químico • Potencial químico da água → Representa o status de energia livre da água → Energia livre: força que dirige o movimento da água nas plantas → Potencial químico: é a quantidade de energia livre que um sistema qualquer tem para realizar trabalho ♦ Quando ocorre liberação ou perda de energia livre reduz-se o potencial químico da água ♦ O potencial químico é expresso em unidades de energia (J mol-1) • Em fisiologia vegetal exprimi-se o estado hídrico das plantas em termos de potencial hídrico que utiliza unidades de pressão (J m-3) → 1,0 mol de água = 18 x 10-6 m3 mol-1 (V. molal da água) → J mol-1/ m3 mol-1 = J m-3 = N m-2 = Pa Unidade usuais de pressão: 105 N m-2 = 1 bar = 0,987 atm = 0,1 Mpa = 10,33 m. c. a. • Potencial hídrico: medida de energia livre por unidade de volume. É utilizado p/ indicar o déficit hídrico das ptas. Ψw Depende de três fatores: → Concentração → Pressão → Gravidade Ψw = Ψs + Ψp + Ψg • Potencial de soluto ou osmótico: representa o efeito de solutos dissolvidos na água sobre o potencial hídrico → Solutos reduzem a energia livre da água → Reduz a pressão de vapor → Eleva o ponto de ebulição → Diminui o ponto de congelamento Estimativa do potencial osmótico: Ψs = - Rtcs Onde: R = constante dos gases (8,32 J mol-1) t = temperatura em ºK (TºK = TºC + 273) cs = concentração do soluto (mol L-1) Substânciasnão-dissociáveis: ♦ Sacarose (0,1 mol L-1) → Cs = 0,1 mol L-1 ♦ t = 20ºC → 293ºK → Ψs = - 0,244 Mpa Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Substâncias dissociáveis: ♦ NaCl (0,1 mol L-1) → Cs = 0,2 mol L-1 ♦ t = 20ºC → 293ºK → Ψs = - 0,488 Mpa • Potencial de pressão = pressão hidrostática da solução → Pressões positivas: aumentam o Ψw → Pressões negativas: diminuem o Ψw A nível celular: → Pressão hidrostática = pressão de turgor → Xilema e espaços intercelulares: pressões negativas • Potencial de gravitacional: faz com que a água mova-se para baixo Depende: → Densidade da água → Altura → Aceleração da gravidade Ψg = Dahg A nível celular: → Potencial gravitacional é desprezível → Ψw = Ψs + Ψp STATUS DO POTENCIAL HÍDRICO DAS PLANTAS VERSUS ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS MÉTODOS UTILIZADOS NA DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO E OSMÓTICO EM PLANTAS Método baseado na mudança de peso do tecido (Ψw) Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Bomba de pressão ou Sholander (Ψw) Bomba de pressão ou Sholander (Ψw) Bomba de pressão ou Sholander (Ψw) Osmômetro – ponto de congelamento (Ψs) Osmômetro – pressão de vapor (Ψs) Refratômetro – sólidos solúveis totais (Ψs) Prof. Francisco Hevilásio F. Pereira Fisiologia Vegetal Refratômetro – sólidos solúveis totais (Ψs)
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