RELACIONES HIDRICAS: ¿Por qué necesitan agua las plantas? El agua es el disolvente universal. Las reacciones reacciones celulares ocurren en medio acuoso
Elemento vital en la termorregulación
Básica para el crecimiento celular
Proporciona soporte estructural en forma de turgor
El transporte en la planta sería imposible sin ella
Necesaria para determinados movimientos
RELACIONES HIDRICAS
El agua: características químicas, propiedades físicas y biológicas.
RELACIONES HIDRICAS: Características químicas del agua
Molécula polar 0,099nm
105º
Esta disposición estructural permite: Hidratar moléculas o elementos polivalentes
Fenómenos de cohesión, adhesión, tensión superficial y capilaridad
RELACIONES HIDRICAS: Propiedades fisico-químicas del agua.
Cohesión: fuerza que se establece entre las moléculas del mismo tipo Adhesión: fuerza que se establece entre las moléculas de distinto tipo Tensión superficial: se define como la fuerza por unidad de longitud L que actúa a través de cualquier línea en una superficie, y que tiende a mantenerla cerrada. Capilaridad: fenómeno que ocurre en tubos de diámetro muy pequeño, que inicialmente se encuentran vacios, consistente en que el agua sube espontáneamente por los mismos en función del nivel de agua que lo rodea
RELACIONES HIDRICAS: Propiedades biológicas del agua
Constituyente del citoplasma Disolvente de gases, iones y solutos que debido a la permeabilidad de las membranas celulares establece un sistema continuo por toda la planta Metabolito en muchas reacciones químicas, p.e. de hidrólisis, ATPasas, reacciónes redox de respiración y fotosíntesis, etc. Turgencia celular. Ayuda a dar forma a la planta e interviene en determinados movimientos y procesos de crecimiento Esencial para la Termorregulación gracias al calor especifico y calor de vaporización del agua. Las propiedades de tensión-cohesión y capilaridad permiten el transporte en la planta
EL POTENCIAL HIDRICO
Definición, componentes y su cálculo
EL POTENCIAL HIDRICO
Definición: Energía potencial que posee una determinada masa de agua. Esta energía dependerá de una serie de factores como son: · La concentración de solutos · La presión · La altura · Efectos de capilaridad
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Potencial osmótico Ψ
S
Osmosis: Movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable.
Las moléculas de agua se pueden mover aleatoriamente gastando una mínima cantidad de energía cinética.
En este caso, agua destilada separada por una membrana semipermeable, existe un movimiento de moléculas de agua de un lado a otro de la membrana, pero no existe un movimiento osmótico neto. La cantidad de agua a un lado y otro de la membrana es siempre la misma. Se asume con el valor 0 al potencial osmótico del agua destilada.
ΨS H O = 0 2
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Potencial osmótico Ψ
S
(II)
Osmosis: Movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable. Si hay alguna sustancia disuelta en el agua, la energía cinética de sus moléculas disminuye. Este descenso se debe a que el agua se agrega sobre la superficie de las nuevas moléculas en la mezcla. En este caso, en una misma disolución separada por una membrana semipermeable, existe un movimiento de moléculas de agua de un lado a otro de la membrana, siendo este movimiento menor al del agua destilada. Por eso asignamos valores negativos al potencial osmótico, ya que a mayor concentración de soluto menor es la energía que disponen las moléculas de agua para moverse.
ΨS = -RTC
ΨS H O = 0 2
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Potencial osmótico Ψ
S
(III)
Osmosis: Movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable.
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Características osmóticas de la célula vegetal Osmosis: Movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable. Separando con una membrana semipermeable dos soluciones con distinta concentración el agua se moverá desde la menos concentrada (ΨS mayor) a la más concentrada (ΨS menor).
A
B
Solución Isotónica ΨS Célula = -50 ΨS Medio = -50 No hay ósmosis neta. No hay plasmolisis ni total turgencia.
Solución Hipotónica ΨS Célula = -50 ΨS Medio = -20 Endosmosis. Célula turgente.
Solución Hipertónica S A > ΨS S ΨS B ≈
ΨS Célula = -50 ΨS Medio = -80 Exosmosis.
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Otros potenciales. P. Turgencia Ψρ: Presión ejercida por un fluido, generalmente sobre su continente. P. Vapor Ψv: Termino equivalente a la turgencia, siendo más correcto su empleo al medir potenciales de vapor de agua (humedad). P. Gravitacional Ψg: que posee el aguacon en presión funciónalta de asuotro altura. El agua fluirá desde un Energía sistema, o parte del sistema, con una presión menor.
P. Matricial Ψm: Energía asociada a los fenómenos de capilaridad. El agua se moverá desde lugares con mayor (zonas otrosarriba con menor potencial Elpotencial agua tiende aρmoverse hacia en contra de la gravedad. Actuan fuerzas de Ψ =altas) P0 - Paatm (zonascohesión bajas) que impulsan a la columna de agua hacia arriba por los vasos tensión conductores.
Ψg = ρwgh
EL POTENCIAL HIDRICO EN UNA PLANTA ES EL SUMATORIO DE TODOS LOS POTENCIALES QUE HEMOS ESTUDIADO
Ψ = ΨΨ0 + =Ψ ΨSS + Ψρρ + Ψgg + Ψm m + Ψv
EL POTENCIAL HIDRICO: Potencial hídrico. Medida del potencial hídrico Concepto de la medida: Inmersión de la muestra problema en una batería de soluciones con distinto potencial. Aprovecharemos que ΔΨ=0 cuando Ψtejido=Ψsol.test. Por métodos gravimétricos o volumétricos puede saberse el momento del equilibrio. Método de Chardakov: Emplea una bateria de tubos con distintos potenciales (soluciones de sorbitol o manitol). Basado en el equilibrio de medios líquidos. Método de Scholander o de la Cámara de presión: El Ψ ejercido por las células de las hojas o del vástago se compensa por una presión ejercida desde el exterior hasta que aparece la savia del xilema. Se supone que la presión aplicada será igual al Ψ del tejido. Métodos de medida a nivel celular: Se puede extraer el jugo vacuolar y medir la presión osmótica por propiedades coligativas o de variación del punto de congelación. Método de la plasmolisis incipiente. Métodos de medida de la presión hidrostática: En células grandes se puede insertar un manómetro especial que registrará las variaciones de presión. También se han desarrollado sondas de presión basadas en microcapilares.
CRECIMIENTO CELULAR
EL POTENCIAL HIDRICO: La turgencia y el crecimiento celular En los momentos de crecimiento celular, lo primero que ocurre es una reordenación de los elementos del citoesqueleto, para permitir el transporte eficaz de componentes de membrana y pared a las zonas de crecimiento.
Si la pared celular es muy rígida pese a que la turgencia pueda ser alta, la célula no crecerá.
Ψρ = ΨS La presión de turgencia en la célula será igual al potencial osmótico que empuja al agua a entrar en la misma.
Entrada agua
En estas condiciones la célula no crecerá. ΔΨ = 0
EL POTENCIAL HIDRICO: La turgencia y el crecimiento celular (II) En los momentos de crecimiento celular, lo primero que ocurre es una reordenación de los elementos del citoesqueleto, para permitir el transporte eficaz de componentes de membrana y pared a las zonas de crecimiento.
Si la pared celular es débil en algunos de sus puntos cederá permitiendo el crecimiento.
Ψρ Ψρ<<Ψ ΨSS La presión de turgencia en la célula será menor que el potencial osmótico.
Entrada agua
En estas condiciones la velocidad de crecimiento dependerá de la cantidad de agua que pueda penetrar en la célula.
d /d l t = Lρ ( ΔΨ) dV /dt = A · Lρ ( ΔΨ)
EL POTENCIAL HIDRICO: La turgencia y el crecimiento celular (II) Las fibras que componen la pared celular no tienen una orientación homogénea. Las capas mas próximas a la célula están orientadas de forma transversal, mientras que las capas más externas lo hacen de forma longitudinal. Pero … ¿Cuál es la presión real que ejerce una célula sobre su pared?
FLUJO DEL AGUA EN LAS PLANTAS
RELACIONES HIDRICAS: ¿Cómo obtienen agua las plantas?
¿?
Las plantas obtienen agua a través de estructuras especializadas. Raíces, en la mayoría de las plantas. Rizoides, en plantas pequeñas de zonas muy húmedas.
Inicialmente se creía que el agua era absorbida por las raíces y se movía por la planta gracias a la presión negativa ejercida por las células vivas. Esta teoría podemos descartarla de forma gráfica al estudiar árboles muy altos, ya que la presión que deberían ejercer las células seria inmensa para movilizar grandes columnas de agua.
EL POTENCIAL HIDRICO: Eindroducción al flujo de agua a través de la planta en función del potencial hídrico Epidermis superior Nervio Parénquima lagunar
Transpiración
Localización
Hoja
Elemento conductor
(MPa)
estomas
Aire
-95.1
Hojas
-0.8
Xilema tallo
-0.8
Xilema raíz
-0.6
Suelo (raíz)
-0.5
Elementos conductores Perforación que separa dos elementos del mismo vaso Vaso Punteadura
Vasos conductores
Agua + sales minerales
Epidermis y
EL POTENCIAL HIDRICO: El transporte de agua. El Floema. Localización
(MPa)
Hojas
-0.8
Hojas. Fotoasim. -1.0
Transporte distancia
a
larga
Sumideros
-0.4
Xilema
-0.6
EL POTENCIAL HIDRICO: Problemas (I)
El fluido floemático de una planta a 300 K tiene un potencial de presión (Ψρ) de 15 bares y un potencial hídrico de -2 bares. Considerando solo Ψρ y ΨS como componentes del Ψ y sacarosa (masa molecular, 342 D) como único componente osmótico significativo, determinar el valor de ΨS y la concentración de sacarosa en el floema en g L -1
EL POTENCIAL HIDRICO: Problemas (II)
A 300 K los potenciales hídrico (Ψ) y matricial (Ψm) de unas células son -0,40 MPa y -0,5 bares, respectivamente. Dichas células alcanzan plasmolisis incipiente frente a una disolución de 136,8 g de sacarosa por litro de agua. Despreciando cambios de volumen y otros componentes del potencial hídrico, calcular los valores ΨS y Ψρ en estas células. (Masa molecular de la sacarosa 342 D)
EL POTENCIAL HIDRICO: Problemas (III)
El potencial de turgencia (Ψρ) del xilema en la base de un árbol es -0,1 MPa y 15m más arriba es -0,3 MPa. Sabiendo que las molalidades son respectivamente 0,08 en la base y 0,04 15 m más arriba, calcular los gradientes medios de potencial de presión e hídrico (ΔΨρ/Δx y ΔΨ/Δx) en el xilema de ese árbol.
