HÍDRICA DAS PLANTAS

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HÍDRICA DAS PLANTAS

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA CAMPUS CAPANEMA/CURSO DE AGRONOMIA DISCIPLINA DE FISIOLOGIA VEGETAL RELAÇÕES HÍDRICAS Prof. Luana Luz
  2. 2. 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, ou seja, utiliza somente 1% de água absorvida.
  3. 3. 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.
  4. 4. Ciclo hidrológico www.mundoeducacao.com.br www.sobiologia.com.br
  5. 5. 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.
  6. 6. Classificação das plantas quanto ao meio hídrico e ao ambiente Mesófitas 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; Xerófitas Plantas de Caatinga, Savanas e Sertões. Encontram-se em lugares rochosos ou com escassez de água. I. Fixação de Carbono a noite; II. Sistema radicular profundo; III. Cutícula de baixa permeabilidade; IV. Armazenamento de água em cladódios (ramos achatados) ou xilopódios (tubérculos lenhosos ou gramíferos). Sistema radicular extenso e xilema bem desenvolvido; Muitas mesófilas são decíduas (época de inverno ou seca). Desenvolvimento de mecanismos de adaptação
  7. 7. A estrutura e as propriedades da água Polaridade Pontes de hidrogênio Ligação covalente
  8. 8. Eletronegativamente
  9. 9. A estrutura e as propriedades da água ALTO CALOR ESPECIFICO Calor necessário para aumentar a temperatura CALOR LATENTE Energia necessária para separar as moléculas da fase liquida para gasosa Calor específico é a quantidade calor necessária pra elevar em 1ºC a temperatura de 1g de substância, sem que haja mudança de estado físico. 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 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. A combinação alto calor específico com alta condutividade térmica capacita a água absorver e redistribuir energia calórica sem elevar a temperatura.
  10. 10. A estrutura e as propriedades da água Mede a capacidade de uma substância para neutralizar a atração entre cargas elétricas. Alta constante dielétrica
  11. 11. 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.
  12. 12.  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”
  13. 13. 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
  14. 14. 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
  15. 15. 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. Processos de transportes de água Equação de Poiseuille: Teoria de Münch
  16. 16. 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
  17. 17. Classificação dos meios Isotônico (I) Hipertônico (II) Hipotônico (III) TúrgidaPlasmólise
  18. 18. Mecanismo de transporte no floema
  19. 19. H2O H2O H2O H2O H2O H2O Fluxo em massa
  20. 20. Potencial químico é uma expressão quantitativa da energia livre a ela associada. A energia livre representa o potencial para realizar trabalho. 𝟁 químico Potencial hídrico: = unidade de pressão de Pascal 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.
  21. 21. 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 trabalho𝟁 > 𝟁 𝟁w pura = 0 MPa (Cada vez que a água realiza um trabalho esse 𝟁 passa a ser negativo)
  22. 22. 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)
  23. 23. 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
  24. 24. Potencial hídrico (𝟁w)
  25. 25. Diagrama de Hoffler
  26. 26. 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.
  27. 27. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE 𝟁W Método da bomba de pressão (tipo Scholander); Método da determinação de saturação hídrica e do teor relativo de água.
  28. 28. Método da bomba de pressão (tipo Scholander) Mede a pressão hidrostática negativa (tensão) que existe no xilema de muitas plantas. 𝟁wxilema= 𝟁wplanta 1)𝟁s no xilema é desprezível; 2) o xilema está em contato intimo com a maioria das células do órgão e até mesmo de toda a planta.
  29. 29. Bomba de pressão (tipo Scholander)
  30. 30. 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
  31. 31. 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
  32. 32. 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; b) O potencial osmótico (𝟁s) final; Fórmula: (𝟁s)i. Vi = (𝟁s)f.Vf c) A pressão hidrostática da célula em equilíbrio. Exercícios 𝟁p = 0 𝟁w = 𝟁s 𝟁w= 0
  33. 33. 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. A) Qual o CRA das duas plantas? B) Qual a % de água que as plantas precisam para alcançar sua saturação? C) Qual das duas plantas estão com maior estresse hídrico? Justifique. Exercícios
  34. 34. Movimento da água pela diferença de 𝟁w
  35. 35. 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.
  36. 36. Absorção de água pelas raízes Rotas apoplástica Rotas simplástica Rotas transmembrana
  37. 37. ENDODERME Estria de Caspary
  38. 38. RAIZ
  39. 39. Transporte de água na raiz
  40. 40. Água e solutos células células tecidos raízes folhas ATMOSFERA Processos do movimento da água Água tecidos
  41. 41. 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
  42. 42. 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
  43. 43. Pressão positiva da raiz Capilaridade Teoria da coesão e tensão COMO OCORRE O MOVIMENTO DA ÁGUA?
  44. 44. 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
  45. 45. Hidatódio
  46. 46. 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.
  47. 47. 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
  48. 48. 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
  49. 49. MESÓFILO FOLIAR
  50. 50. TIPOS DE TRANSPIRAÇÃO
  51. 51. Fatores que influenciam a transpiração 1) Diferença de concentração de vapor d’água; 2) Resistência a difusão
  52. 52. 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)
  53. 53. 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.
  54. 54. 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.
  55. 55. FISIOLOGIA DOS ESTÔMATOS Funções a)Transpiração; b)Fotossíntese; c)Respiração; d)Termoregulador.
  56. 56. ESTRUTURA ESTOMÁTICA Complexo estomático a)Células-Guardas; b)Células anexas ou subsidiárias; c)Cloroplastos; d)Sem Plasmodesmas; e)Sem Cutícula; f)Parede Celular espessada em pontos; g)Ostíolo ou Poro; h)Câmara sub-estomática.
  57. 57. 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.
  58. 58. 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
  59. 59. 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.
  60. 60. DISTRIBUIÇÃO LOCALIZAÇÃO Faces das Folhas (Epiderme adaxial e abaxial) a)ANFIESTOMÁTICA: ambas - Ex. Folhas de regiões áridas. b)HIPOESTOMÁTICA: abaxial - Ex. Folhas de regiões úmidas. c)EPIESTOMÁTICA: adaxial - Ex. Folhas de plantas aquáticas. d)ANISOESTOMÁTIA: ambas, porém com número diferentes.
  61. 61. 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.
  62. 62. 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
  63. 63. TEORIA DOS ÍONS OSMORREGULADORES DAS CÉLULAS-GUARDAS (S. IAMAMURA, 1943) 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 . Fluxo de K+ para o interior das células-guardas (CG) H+-ATPase bombeia para fora Hiperpolarização da membrana Produção de malato2- nos cloroplastos das CG - luz Fluxo simporte de Cl-H+ para o interior das CG Abertura estomática Neutralidade elétrica da CG
  64. 64. REGULAÇÃO DE ABERTURA ESTOMÁTICA INDUZIDA PELA LUZ
  65. 65. 1. O ABA liga-se ao seu receptor; 2. A ligação do ABA induz a formação de espécies reativas de oxigênio, as quais ativam canais de Ca2+ da membrana plasmática; 3. O ABA aumenta os níveis do ADP-ribose cíclico e do IP3, os quais ativam canais de cálcio adicionais no tonoplasto; 4. O influxo do cálcio inicia oscilações de cálcio intracelular e promove a posterior liberação do cálcio dos vacúolos; 5. O aumento do cálcio intracelular bloqueia os canais de influxo de K+; 6. O aumento do Ca intracelular promove a abertura do canal (ânion) de efluxo de Cl- na membrana, causando sua despolarização; 7. A bomba de próton da membrana é inibida pelo aumento do Ca citosólico induzido pelo ABA e por um aumento intracelular do pH, despolarizando posteriormente a membrana; 8. A despolarização da membrana ativa canais de efluxo de K+ ; 9. Para que o K+ e os ânios saiam através da membrana, é necessário que sejam primeiro liberados dos vacúolos para o citosol. FECHAMENTO ESTOMÁTICO PELA AÇÃO DO ÁCIDO ABSCÍSICO (ABA)
  66. 66. REGULAÇÃO DO FECHAMENTO ESTOMÁTICO INDUZIDO PELO DÉFICIT HÍDRICO
  67. 67. 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.

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