AS PLANTAS E A AS PLANTAS E A ÁÁGUAGUA

TÓPICOS A SEREM ABORDADOS:

A importância da águaA estrutura e as propriedades da águaRelações hídricas de células e tecidosFisiologia dos estômatosAbsorção e transporte da águaTranspiração e gutaçãoO contínuo solo-planta-atmosfera

A importância da A importância da ááguaguaÉÉ o fator mais importante para a vida o fator mais importante para a vida de todos os organismosde todos os organismosLimita o crescimento vegetalLimita o crescimento vegetalPlantas transpiram mais de 98% da Plantas transpiram mais de 98% da áágua que absorvem; do restante, gua que absorvem; do restante, apenas 0,2% apenas 0,2% éé usado na fotossusado na fotossííntese.ntese.

A importância da A importância da ááguaguaPode constituir de 5 a 95% da massa Pode constituir de 5 a 95% da massa dos tecidos.dos tecidos.Sementes: 5 Sementes: 5 –– 15 %15 %Bulbos: 62%Bulbos: 62%Folhas: 70 Folhas: 70 –– 95%95%Frutos: 80 Frutos: 80 --90 %90 %

As funAs funçções da ões da ááguaguaPrincipal constituinte do protoplasmaPrincipal constituinte do protoplasmaEssencial p/ manutenEssencial p/ manutençção da estrutura ão da estrutura e atividade de mole atividade de molééculasculasParticipa de numerosas reaParticipa de numerosas reaçções ões ququíímicasmicas: hidr: hidróólise, condensalise, condensaççãoão

(C(C66HH1010OO55) + nH) + nH22O n CO n C66HH1212OO66

As funAs funçções da ões da ááguaguaSolventeSolvente p/ gases, minerais e solutosp/ gases, minerais e solutosVacVacúúolo = olo = turgidezturgidezGanhos e perdas de Ganhos e perdas de áágua dos vacgua dos vacúúolos: olos: movimentos de estômatos, folhas e movimentos de estômatos, folhas e flores, p.e.flores, p.e.Controle de temperatura Controle de temperatura (transpira(transpiraçção), transporte de ão), transporte de ííonsons

As funAs funçções da ões da ááguaguaDivisão celular: sDivisão celular: sííntese de DNA, RNA, etcntese de DNA, RNA, etcCrescimento celular: pressão de Crescimento celular: pressão de turgescênciaturgescênciaProtoplasma: permeabilidade, hidrataProtoplasma: permeabilidade, hidrataçção, ão, viscosidade e atividade enzimviscosidade e atividade enzimááticaticaFotossFotossííntese e respirantese e respiraçção: ão: áárea foliar, rea foliar, fechamento de estômatos, translocafechamento de estômatos, translocaçção, ão, atividade protoplasmatividade protoplasmáática...tica...

Os grupos de plantasOs grupos de plantas

HidrHidróófitasfitasHigrHigróófitasfitasMesMesóófitasfitasXerXeróófitasfitas

HidrHidróófitasfitas

Crescem total ou parcialmente Crescem total ou parcialmente submersas na submersas na áágua: algas, gua: algas, pteridpteridóófitas (fitas (AzollaAzolla), ), angiospermas (angiospermas (LemnaLemna))Grandes espaGrandes espaçços nos tecidosos nos tecidos

HidrHidróófitasfitas

A perda de A perda de áágua não gua não éé problemaproblemaXilema pouco desenvolvidoXilema pouco desenvolvidoBaixa intensidade luminosa Baixa intensidade luminosa ––fotossfotossííntesenteseNão resistem ao dessecamentoNão resistem ao dessecamento

HigrHigróófitasfitasMusgos, hepMusgos, hepááticas, pteridticas, pteridóófitasfitasPlantas terrestres de ambientes Plantas terrestres de ambientes úúmidosmidosBaixa intensidade luminosa Baixa intensidade luminosa ––fotossfotossííntesenteseGrande Grande áárea superficial em relarea superficial em relaçção ao ão ao volume volume –– uma camada de cuma camada de céélulaslulasResiste ao dessecamentoResiste ao dessecamento

MesMesóófitasfitasPlantas cultivadas e nativas de regiões Plantas cultivadas e nativas de regiões tropicais e temperadastropicais e temperadasPlantas terrestres de solos bem Plantas terrestres de solos bem drenados e as folhas ficam expostas drenados e as folhas ficam expostas ààbaixa umidadebaixa umidadeCutCutíícula impermecula impermeáável; controle de vel; controle de áágua gua pelos estômatospelos estômatosTranspiraTranspiraçção ão –– raraíízes extensas e xilemazes extensas e xilema

XerXeróófitasfitasPlantas de deserto, campinas secas e Plantas de deserto, campinas secas e locais rochososlocais rochososAdaptaAdaptaççõesões::Sistema radicular volumoso e profundo e Sistema radicular volumoso e profundo e com potencial hcom potencial híídrico muito baixodrico muito baixoArmazenamento de Armazenamento de áágua em ragua em raíízes, zes, caules e folhas. Reducaules e folhas. Reduçção na razão ão na razão áárea rea foliar/volumefoliar/volume

XerXeróófitasfitasFolhas pequenas, reduzidas ou ausentesFolhas pequenas, reduzidas ou ausentesPrincipal Principal óórgão fotossintetizante rgão fotossintetizante éé o o caule ~ folha = cladcaule ~ folha = cladóódiosdiosPerdas de folhas e da parte Perdas de folhas e da parte ááerea erea ––sobrevivência por bulbossobrevivência por bulbosCutCutíícula fina, porcula fina, poréém com mais cutina e m com mais cutina e cerasceras

XerXeróófitasfitasFolhas revestidas por pelos ou escamas Folhas revestidas por pelos ou escamas ––camada de ar limcamada de ar limíítrofe < transpiratrofe < transpiraçção; > ão; > reflexão da luz < temp. foliarreflexão da luz < temp. foliar< n< nºº de estômatos/de estômatos/áárea, c/ poros rea, c/ poros menoresmenoresEstômatos situados em depressõesEstômatos situados em depressõesCCéélulaslulas--guarda mais sensguarda mais sensííveis ao COveis ao CO22

XerXeróófitasfitasFolhas revestidas por pelos ou escamas Folhas revestidas por pelos ou escamas ––camada de ar limcamada de ar limíítrofe < transpiratrofe < transpiraçção; > ão; > reflexão da luz < temp. foliarreflexão da luz < temp. foliar< n< nºº de estômatos/de estômatos/áárea, c/ poros menoresrea, c/ poros menoresEstômatos situados em depressõesEstômatos situados em depressõesCCéélulaslulas--guarda mais sensguarda mais sensííveis ao COveis ao CO22

Abertura por tempo mais curto ou a noiteAbertura por tempo mais curto ou a noite

A estruturaA estruturaA A áágua gua éé uma substância com uma substância com caractercaracteríísticas pouco usuais, sticas pouco usuais, mostrando propriedades fmostrando propriedades fíísicas e sicas e comportamento bastante comportamento bastante diferenciado da maioria dos diferenciado da maioria dos outros loutros lííquidos. quidos.

A estruturaA estruturaEssas propriedades são devidas a estrutura da Essas propriedades são devidas a estrutura da molmoléécula da cula da áágua e das forgua e das forçças intermoleculares, as intermoleculares, ligaligaçções fracas do tipo pontes de hidrogênio, que ões fracas do tipo pontes de hidrogênio, que mantmantéém as molm as molééculas reunidas. culas reunidas. Essas ligaEssas ligaçções ocorrem devido ões ocorrem devido àà localizalocalizaçção de dois ão de dois hidrogênios em um mesmo lado de um hidrogênios em um mesmo lado de um áátomo de tomo de oxigênio, toxigênio, tíípica da estrutura da pica da estrutura da áágua, que gera uma gua, que gera uma molmoléécula dipolar com carga positiva em um lado e cula dipolar com carga positiva em um lado e negativa no outro. negativa no outro.

A estruturaA estrutura

A estruturaA estrutura

Polaridade = excelente solventePolaridade = excelente solvente

A estruturaA estrutura

Modelo da Modelo da áágua: pencas oscilantesgua: pencas oscilantes

As propriedadesAs propriedadesCalor especCalor especííficofico: energia cal: energia calóórica rica requerida para aumentar a requerida para aumentar a temperatura de uma substância em temperatura de uma substância em uma quantidade especuma quantidade especíífica. fica. ÁÁgua possui um dos maiores valores: 1 gua possui um dos maiores valores: 1 cal/g/cal/g/ººCCTampão de temperaturaTampão de temperatura

As propriedadesAs propriedadesCalor latente de vaporizaCalor latente de vaporizaççãoão: energia : energia calcalóórica requerida para separar rica requerida para separar molmolééculas da fase lculas da fase lííquida e movêquida e movê--las las para a fase gasosa. para a fase gasosa. A 25A 25ººC gastaC gasta--se 10,5 kcal/mol Hse 10,5 kcal/mol H22OOQuebrar pontes de hidrogênioQuebrar pontes de hidrogênioPermite o resfriamento = transpiraPermite o resfriamento = transpiraççãoão

As propriedadesAs propriedadesDipolaridade/solventeDipolaridade/solvente: a : a áágua possui gua possui uma constante dieluma constante dieléétrica mais elevada trica mais elevada (D=80).(D=80).D mede a tendência de uma molD mede a tendência de uma moléécula cula com regiões de carga elcom regiões de carga eléétrica oposta trica oposta ser afetada por um campo elser afetada por um campo eléétricotrico

As propriedadesAs propriedadesA A áágua possuigua possui a capacidade de a capacidade de anular as foranular as forçças de atraas de atraçção que ão que mantêm os mantêm os ííons numa posions numa posiçção ão rríígida dentro da estrutura do gida dentro da estrutura do cristal de um composto iônico, cristal de um composto iônico, promovendo sua solubilizapromovendo sua solubilizaççãoão

As propriedadesAs propriedades

As propriedadesAs propriedadesA A áágua dissolve tambgua dissolve tambéém com m com facilidade compostos polares não facilidade compostos polares não iônicos, como aiônicos, como açúçúcares, alcocares, alcoóóis, is, aldealdeíídos e cetonasdos e cetonasPontes de H c/ grupos funcionais Pontes de H c/ grupos funcionais Importância: solutos de import. Importância: solutos de import. biolbiolóógica são polares gica são polares -- translocatranslocaççãoão

As propriedadesAs propriedadesResultado das pontes de Resultado das pontes de hidrogênio temhidrogênio tem--se a se a coesãocoesão(atra(atraçção intermolecular), a ão intermolecular), a tensãotensãoou forou forçça tensil (fora tensil (forçça que se pode a que se pode aplicar a uma coluna de aplicar a uma coluna de áágua sem gua sem quebrquebráá--la) e a la) e a adesãoadesão (atra(atraçção por ão por fase sfase sóólida)lida)

As propriedadesAs propriedadesCoesão:Coesão:

As propriedadesAs propriedadesTensão:Tensão:

As propriedadesAs propriedadesTensão:Tensão:

As propriedadesAs propriedadesTensão superficial: numa Tensão superficial: numa interface arinterface ar--áágua, as molgua, as molééculas culas de de áágua são mais fortemente gua são mais fortemente atraatraíídas pelas moldas pelas molééculas de culas de áágua gua vizinhas do que pela fase gasosa vizinhas do que pela fase gasosa em contato com a superfem contato com a superfíície da cie da áágua gua -- < < áárea superficialrea superficial

As propriedadesAs propriedadesCoesão, adesão e tensão superficial Coesão, adesão e tensão superficial resultam na capilaridade.resultam na capilaridade.Explica o movimento de Explica o movimento de áágua em gua em condicondiçções artificiaisões artificiaisNos elementos funcionais do xilema Nos elementos funcionais do xilema não existe a interface arnão existe a interface ar--áágua: coluna gua: coluna contcontíínua de nua de áágua da raiz/folhagua da raiz/folha

As propriedadesAs propriedadesRaio (Raio (µµm) Altura (m)m) Altura (m)

11 1,491,4910 0,14910 0,149

100 0,0149100 0,014910001000 0,001490,00149

7575 0,020,02

As propriedadesAs propriedadesCoesão confere resistência elCoesão confere resistência eláástica.stica.Efeito Efeito ““seringaseringa””

Empurrando o êmbolo = compressão = Empurrando o êmbolo = compressão = pressão hidrostpressão hidrostáática positiva (Pa ou MPa)tica positiva (Pa ou MPa)Pressão: forPressão: forçça x a x áárea (Pa=N mrea (Pa=N m--22) ou ) ou energia x volume (Pa= J menergia x volume (Pa= J m--33) ) 1 N = kg m s1 N = kg m s--11

Puxando o êmbolo = tensão = pressão Puxando o êmbolo = tensão = pressão hidrosthidrostáática negativatica negativa

As propriedadesAs propriedadesPara quebrar uma coluna de Para quebrar uma coluna de áágua gua éénecessnecessáário energia suficiente para rio energia suficiente para superar as forsuperar as forçças de atraas de atraçção entre as ão entre as molmolééculas.culas.~ ~ --30 MPa capilares finos (te30 MPa capilares finos (teóórico = rico = 1800 MPa) ~ 10% da resistência 1800 MPa) ~ 10% da resistência eleláástica de fios de cobre e alumstica de fios de cobre e alumíínionio

As propriedadesAs propriedadesA presenA presençça de gases dissolvidos reduz a de gases dissolvidos reduz a resistência ela resistência eláástica da stica da áágua.gua.Com o aumento da pressão, os gases Com o aumento da pressão, os gases dissolvidos na dissolvidos na áágua saem e formam gua saem e formam uma bolha de guma bolha de gáás. Para os gases não s. Para os gases não existem as forexistem as forçças elas eláásticas (0 MPa).sticas (0 MPa).Bolha na coluna de Bolha na coluna de áágua = cavitagua = cavitaççãoão

Movimento da Movimento da ááguaguaSão três os mecanismos de movimento São três os mecanismos de movimento da da áágua: fluxo de massa, difusão e gua: fluxo de massa, difusão e osmose.osmose.NecessNecessáário que haja diferenrio que haja diferençça de a de energia livre das molenergia livre das molééculas de culas de ááguaguaEnergia livre = Energia livre = potencial hpotencial híídricodrico

Movimento da Movimento da ááguaguaPotencial hPotencial híídrico: drico: éé a diferena diferençça de a de energia livre entre as molenergia livre entre as molééculas de culas de áágua em um ponto do sistema em gua em um ponto do sistema em observaobservaçção e a energia livre das ão e a energia livre das molmolééculas de culas de áágua pura, sob condigua pura, sob condiçções ões definidas de pressão e temperaturadefinidas de pressão e temperaturaPotencial hPotencial híídrico da drico da áágua pura gua pura -- ψψaa = 0= 0

Movimento da Movimento da ááguagua

Água

Pelo Absorvente

Solo

Epiderme

Córtex

Endoderme

Xilema

Floema

Movimento da Movimento da ááguaguaFluxo de massaFluxo de massa: movimento de massa de : movimento de massa de áágua entre dois pontos em que hgua entre dois pontos em que háá diferendiferençça a de pressãode pressão

Movimento da Movimento da ááguaguaFluxo de massaFluxo de massa: supondo que o fluxo esteja : supondo que o fluxo esteja ocorrendo atravocorrendo atravéés de um cano, a taxa s de um cano, a taxa dependerdependeráá do raio do cano(r), da do raio do cano(r), da viscosidade do lviscosidade do lííquido (quido (ηη), do comprimento ), do comprimento do cano (C) e do tamanho do gradiente de do cano (C) e do tamanho do gradiente de pressão (pressão (∆∆P) P) –– equaequaçção de Poiseuille.ão de Poiseuille.

Taxa de fluxo = Taxa de fluxo = π π rr44/8/8η η xx ∆∆P/CP/C

Movimento da Movimento da ááguaguaFluxo de massaFluxo de massa: : éé o principal mecanismo o principal mecanismo responsresponsáável pelo transporte de vel pelo transporte de áágua na gua na planta, por longas distâncias, atravplanta, por longas distâncias, atravéés do s do xilema.xilema.Independe da concentraIndepende da concentraçção dos solutos, ão dos solutos, diferenciando da difusão.diferenciando da difusão.

Movimento da Movimento da ááguaguaDifusãoDifusão: : éé o movimento das molo movimento das molééculas ao culas ao longo de um gradiente de concentralongo de um gradiente de concentraçção por ão por agitaagitaçção tão téérmica ao acaso.rmica ao acaso.

Movimento da Movimento da ááguaguaDifusãoDifusão: Lei de Fick : Lei de Fick –– a taxa de transporte a taxa de transporte éédiretamente proporcional ao gradiente de diretamente proporcional ao gradiente de concentraconcentraçção.ão.dm/dt = dm/dt = --Da. dc/dx, onde: dm = quantidade Da. dc/dx, onde: dm = quantidade da substância a ser movida por unidade de da substância a ser movida por unidade de tempo dt; D = coeficiente de difusão, a = tempo dt; D = coeficiente de difusão, a = áárea de difusão; dc = diferenrea de difusão; dc = diferençça de a de concentraconcentraçção; dx = distânciaão; dx = distânciaExemplos: evaporaExemplos: evaporaçção, osmose e a embebião, osmose e a embebiççãoão

Movimento da Movimento da ááguaguaDifusãoDifusão: : éé rráápida quando as distâncias são pida quando as distâncias são curtas mas extremamente lenta em longas curtas mas extremamente lenta em longas distâncias.distâncias.A medida que se distanciaA medida que se distancia

do ponto inicial, o gradientedo ponto inicial, o gradientede concentrade concentraçção tornaão torna--se se menor e o movimento menor e o movimento tornatorna--se mais lentose mais lento

Movimento da Movimento da ááguaguaO tempo mO tempo méédio para difundir uma partdio para difundir uma partíícula cula por uma distância por uma distância LL éé LL22/Ds/Ds, onde , onde DD éé o o coeficiente de difusão.coeficiente de difusão.Glicose em uma cGlicose em uma céélulalula: : t= (50x10t= (50x10--66m)m)22/10/10--99mm22ss--11

Glicose em uma folha: t= (1m)Glicose em uma folha: t= (1m)22/10/10--99mm22ss--1 1 = 10= 1099 ss

Movimento da Movimento da ááguaguaTodas as substâncias entram e saem Todas as substâncias entram e saem das cdas céélulas em solululas em soluçção aquosaão aquosaA difusão dos gases A difusão dos gases éé mais lenta na mais lenta na áágua que no argua que no arA difusão A difusão éé proporcional a proporcional a áárea das rea das aberturas, enquanto o fluxo de massa aberturas, enquanto o fluxo de massa varia com a 4varia com a 4ªª potência do raio ou o potência do raio ou o quadrado da quadrado da áárea.rea.

Movimento da Movimento da ááguaguaA difusão dos gases A difusão dos gases éé pouco afetada pouco afetada pela temperatura (10pela temperatura (10ºº C aumenta ~ C aumenta ~ 3,4%).3,4%).Na soluNa soluçção aquosa, 10ão aquosa, 10ºº C aumenta de C aumenta de 20 a 30%20 a 30%Com aumento na temperatura, menor Com aumento na temperatura, menor solubilidade dos gases na solusolubilidade dos gases na soluçção ão aquosa: 24% COaquosa: 24% CO22 e 15% Oe 15% O22

Movimento da Movimento da ááguaguaOsmoseOsmose: : éé a passagem do solvente de uma a passagem do solvente de uma região pouco concentrada em soluto para uma região pouco concentrada em soluto para uma mais concentrada em soluto, sem gasto de mais concentrada em soluto, sem gasto de energia.energia.

Movimento da Movimento da ááguaguaO movimento osmótico da água é mais rápido do que a difusão de água.A força motriz é a diferença de potencial hídrico através da membrana, produzida por diferenças de pressão e de potencial osmótico

Movimento da Movimento da ááguaguaJv = Lp (∆Ψp +σ∆Ψs), onde:

Jv = fluxo de volume de águaLp = Condutância hidráulica da membrana ou

condutância hidráulica∆Ψp = diferencial de pressão∆Ψs = diferencial de pressão osmóticaσ = coeficiente de reflexão; expressão da extensão

de impermeabilidade a um dado soluto; σ = 1 –membrana impermeável, < 1 - permeável

Movimento da Movimento da ááguaguaDiluição e pressão hidrostática

πs = pressão osmótica da soluçãoPotencial osmótico = - πPotencial osmótico = potencial de água deuma solução quando não há potencialmatricial e o sistema está a pressãoatmosférica

Ψπ = Ψs = - π

Movimento da Movimento da ááguaguaDifusão: transporte = ∆CFluxo de massa = ∆POsmose: ∆C e ∆PA direção e a taxa de fluxo através da membrana são determinados não somente pelo ∆C e ∆P, mas também pela somatória dos dois.Conceito de força motriz total ou composta, que

corresponde a gradiente de energia livre da águaGradiente de potencial químico ou potencial hídrico

Movimento da Movimento da ááguaguaMovimento de água para dentro da célula: difusão por meio da dupla camada lipídica da membrana plasmática ou envolve difusão pelos poros protéicos ?Descoberta das aquaporinas, que são proteínas integrais da membrana que formam canais seletivos à água.Aquaporinas: alteram a taxa de movimento da água através da membrana, mas não mudam a direção e a força propulsora.

Movimento da Movimento da ááguagua