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Relações Hídricas de Plantas. Introdução. Uso da água doce (Fig.) A água e os ecossistemas naturais (Fig. ) A água e a produção vegetal (Fig. ). Floresta pluvial tropical. Floresta semi-decídua. Floresta decídua de verão. Estepe com arbustos. Semi-deserto aberto. Lago. Pântano.
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Introdução Uso da água doce (Fig.) A água e os ecossistemas naturais (Fig. ) A água e a produção vegetal (Fig. )
Floresta pluvial tropical Floresta semi-decídua Floresta decídua de verão Estepe com arbustos Semi-deserto aberto Lago Pântano Deserto
Necessidade de água para a produtividade agrícola Reduções: 93% 98%
Principais funções da água na planta 1.Principal constituinte do citoplasma (80 a 95% da massa dos tecidos vegetais em crescimento); 2. Excelente solvente (mais abundante e eficaz); 3. Participação nas reações químicas como meio (indireta) e como reagente ou produto (direta); 4. Estabilidade térmica; 5. Absorção dos minerais; 6. Participação direta e indireta na fotossíntese.
Estrutura da molécula de água Figura 1: Representação esquemática da estrutura da molécula de água onde se podem observar os pares de elétrons compartilhados (sombreados), e os pares isolados do oxigênio (chaves).
Formação das pontes de hidrogênio Figura 2: Exemplos de pontes de hidrogénio (linhas ponteadas): a) entre um grupo de átomos AH e outro grupo de átomos B; b) entre duas moléculas de água; c) entre duas moléculas de amónia; d) entre um grupo hidroxilo e uma molécula de água; e) entre um grupo carbonilo e um grupo imino.
Interação da molécula com superfícies polares e íons Aumento do peso atómico Diminuição da densidade de carga Aumento do raio do íon Figura 2: A) e B) orientação das moléculas de água em relação a superfícies carregadas; C) dimensões relativas de cátions hidratados, as áreas sombreadas representam a “concha” de moléculas de água que envolve cada íon.
Propriedades da água • Alto calor específico • Alto calor latente de vaporização • Coesão • Adesão • Tensão superficial (Fig. 5) • Alta resistência elástica • Alta constante dielétrica
Figura 5: Demonstração esquemática da tensão de superfície. As forças de atração entre as moléculas de água adjacentes (setas mais espessas) são maiores que entre as moléculas de água e ar (setas mais finas). Esta diferença faz com que as moléculas à superfície tendam a ser puxadas para o interior da água líquida.
Processos de transporte da água 1.Difusão 2. Fluxo em massa 3. Osmose
Figura 8: A água pode passar através das membranas das plantas (A) por difusão de moléculas individuais através da bicamada lipídica da membrana e (B) por fluxo em massa de moléculas de água através de um poro formado por proteínas integrais da membrana chamadas aquaporinas.
O conceito de potencial hídrico • É uma expressão quantitativa da energia livre associada com a água; • É definido em função de um padrão; • É influenciado por concentração, pressão, e gravidade; • Na célula vegetal (Fig.): • Governa o fluxo de água na planta (Fig.); • É uma medida do estado hídrico da planta (Fig.).
Exemplos ilustrativos do conceito de potencial hídrico e seus componentes
Exemplos ilustrativos do conceito de potencial hídrico e seus componentes
Potencial hídrico da planta sob diferentes condições de crescimento e sensibilidade dos vários processos fisiológicos ao potencial hídrico
Variação do potencial hídrico no SSPA ao longo do processo de secagem do solo
Medição do potencial hídrico Figure . O método da câmara de pressão para medir o potencial hídrico das plantas. O diagrama à esquerda mostra um ramo inserido na câmara, a qual pode ser pressurizada com um gás comprimido. O diagrama à direita mostra o estado da coluna de água dentro do xilema em três momentos: (A) O xilema está intacto e sob pressão negativa, ou tensão. (B) O ramo é cortado, fazendo com que a água se retraia no tecido, distante da superfície do corte, em resposta à tensão no xilema. (C) A câmara é pressurizada , trazendo a seiva do xilema de volta à superfície do corte.
Absorção, Transporte e Perda de Água pelas Plantas • O sistema solo-planta-atmosfera (SSPA) • A água no solo (Fig.) • Absorção de água pelas raízes O papel dos pelos radiculares (Fig.) Absorção e transporte radial (Fig) • Pressão de raiz vs gutação (Fig.)
Figura : (a) Representação muito simplificada duma planta; (b) Rede de resistências correspondentes aos vários segmentos do SSPA; (c) Modelo simplificado em que o modelo ramificado de (b) aparece como uma série linear de resistências hidraúlicas: do solo (Rs ); das raízes (Rr); do caule (Rst) e das folhas (Rl), cada uma das quais está representada por uma simples resistência; (d) O memso que em (c) mas incluindo as capacitâncias (C) dos tecidos correspondentes. E representa a direção e a intensidade da transpiração.
Figura : Diagrama onde se pode ver as relações entre o potencial hídrico do solo e o seu conteúdo em água para um solo arenoso e outro argiloso. O valor convencional para a capacidade de campo é de –0,015 MPa, e para o ponto de murcha permanente (PMP) é de –1,5 MPa. Abaixo dos –5 MPa toda a água está ligada higroscopicamente. Os valores médios para os vários tipos de plantas dependem do tipo de solo (textura, dimensões dos poros) e da vegetação. Estes valores podem ser menores devido ao ajustamento das plantas a situações de deficiência hídrica. As setas indicam os valores de potencial hídrico radicular que permitem retirar dois terços da água dum solo arenoso e metade da água num solo argiloso.
B A Figure . A. A radish (Raphanus) seedling shortly after germination, showing the root hair zone. B.A diagram of an enlargement of a longitudinal section through a small portion of a root hair zone, showing root hairs in contact with soil particles.
Figura 18: Maturação da endoderme numa plântula de milho (Zea mays L.). Secções transversais foram examinadas ao microscópio óptico após coloração com Vermelho Sudão III (corante lipofílico). (a) Secção a 4 cm do ápice, onde se pode observar a endoderme primária com Bandas de Caspary (setas brancas); (b) Secção a 12 cm do ápice. transição entre a endoderme primária (setas) e secundária com lamelas de suberina (coradas a vermelho); (c) Secção a 20 cm do ápice, o desenvolvimento secundário já se completou e cada célula da endoderme apresenta uma lamela de suberina; (d) Início do desenvolvimento terciário com paredes secundárias em forma de U sobre a lamela de suberina; (e) Estado avançado do desenvolvimento terciário com uma deposição de material de parede secundária em U mais desenvolvida.
Figura 26: Exemplos de exsudação da solução xilémica devida à pressão radicular, em feijoeiro (Phaseolus vulgaris) à esquerda e tomateiro (Lycopersicon esculentum) à direita. As fotografias foram retiradas 5 minutos após a excisão do caule de plantas bem regadas Figura 25: Experiência que mostra a existência de pressão radicular. A solução excretada pela base do caule está sujeita a uma pressão que pode ser lida no manómetro de mercúrio.
Transporte de Água no Xilema • Estrutura do xilema (Fig.) • O fenômeno de cavitação (Fig.) • A teoria da coesão-tensão para ascensão da água
Figura 24: As bolhas de ar que se formam no xilema ficam contidas no elemento de vaso ou no traqueídeo. A diferença de pressão resultante da embolia faz com que o toro vede as pontuações areoladas que existem no elemento afetado. A tensão de superfície evita que as bolhas passem através das perfurações terminais dos elementos. A água continua a fluir à volta do elemento de vaso bloqueado.
TRANSPIRAÇÃO (Fig.) • Controle estomático da transpiração (Fig.) • Regulação pela camada limítrofe (Fig.) • Vantagens (Fig.)
Evaporação vs Transpiração Estrutura da folha Dilema: absorção de CO2vs perda de água
Outra vantagem: absorção de nutrientes Efeito do estresse (déficit hídrico) na absorção de nutrientes do girassol (12 cvs.)
