Tema 4 Absorción de agua por las plantas

Objetivo Comprender cómo se desplaza el agua por la planta, desde el suelo hasta la atmósfera Comprender cómo se desplaza el agua por la planta, desde el suelo hasta la atmósfera

Contenido Introducción Introducción El agua en el suelo y su disponibilidad para la planta El agua en el suelo y su disponibilidad para la planta Absorción de agua por las raíces Absorción de agua por las raíces Flujo hídrico a través del xilema Flujo hídrico a través del xilema Movimiento de agua en la hoja Movimiento de agua en la hoja Balance hídrico Balance hídrico

Introducción

Principales fuerzas que impulsan el agua desde el suelo a la atmósfera Transporte Pasivo ΨmΨm ΨwΨw ΨpΨp ∆Cwv Hoja-ambiente Xilema Células-Tejidos Suelo

El agua en el suelo y su disponibilidad para la planta

El suelo es la última capa de la superficie de la tierra y es un sistema poroso formado por infinidad de partículas sólidas de diferentes tamaños y composición química. El suelo es la última capa de la superficie de la tierra y es un sistema poroso formado por infinidad de partículas sólidas de diferentes tamaños y composición química. Consta de diferentes capas, a las que se les llama horizontes, que constituye el perfil del suelo. Consta de diferentes capas, a las que se les llama horizontes, que constituye el perfil del suelo.

Horizonte A, es la más superficial, es rica en materia orgánica por contener microorganismos Horizonte B, es denominado también de “precipitación”, “de acumulación” o “subsuelo”, en él se acumulan las arcillas provenientes del arrastre de la capa superior. Los compuestos férricos y coloides húmicos le dan un color rojizo y parduzco. Horizonte C, contiene material como resultado de la meteorización, el mismo o distinto del que se cree que se ha formado el suelo. Horizonte D, se suele llamar “roca madre” u “horizonte D”. Corresponde a la última capa del suelo y esta formada por roca sin alteración física ni química.

El movimiento del agua en el suelo depende fundamentalmente de su potencial mátrico Operan las fuerzas de adsorción y capilaridad. Operan las fuerzas de adsorción y capilaridad. La adsorción se produce por la atracción eléctrica entre las moléculas dipolares de agua y las partículas de suelo.

 Capacidad de Campo (CC): máxima cantidad de agua que el suelo puede retener después de que se drena por efecto gravitacional.  Punto de Marchitez Permanente (PMP): representa la cantidad de agua a la que las plantas se marchitan. La diferencia entre el contenido de agua a CC y PMP indica el porcentaje de Humedad Aprovechable o disponible (HA) de un suelo en particular. La diferencia entre el contenido de agua a CC y PMP indica el porcentaje de Humedad Aprovechable o disponible (HA) de un suelo en particular. Disponibilidad de agua en el suelo

Absorción de agua por las raíces

El agua entra en las plantas, especialmente por los pelos radicales, situados unos mm. por encima de la caliptra. Poseen una elevada relaci ó n superficie/volumen y pueden introducirse a trav é s de los poros del suelo de muy peque ñ o di á metro. El agua entra en las plantas, especialmente por los pelos radicales, situados unos mm. por encima de la caliptra. Poseen una elevada relaci ó n superficie/volumen y pueden introducirse a trav é s de los poros del suelo de muy peque ñ o di á metro.

Desde los pelos radicales, el agua se mueve a trav é s de la corteza, la endodermis (la capa m á s interna de la corteza) y el periciclo, hasta penetrar en el xilema primario. Desde los pelos radicales, el agua se mueve a trav é s de la corteza, la endodermis (la capa m á s interna de la corteza) y el periciclo, hasta penetrar en el xilema primario. Este movimiento estar á causado por la diferencia de  entre la corteza de la ra í z y el xilema de su cilindro vascular, y el camino seguido estar á determinado por las resistencias que los caminos alternativos pongan a su paso. Este movimiento estar á causado por la diferencia de  entre la corteza de la ra í z y el xilema de su cilindro vascular, y el camino seguido estar á determinado por las resistencias que los caminos alternativos pongan a su paso. Hay que distinguir dos caminos alternativos: el simplasto (conjunto de protoplastos interconectados mediante plasmodesmos) y el apoplasto (conjunto de paredes celulares y espacios intercelulares). Hay que distinguir dos caminos alternativos: el simplasto (conjunto de protoplastos interconectados mediante plasmodesmos) y el apoplasto (conjunto de paredes celulares y espacios intercelulares).

Se considera que el apoplasto formado principalmente por celulosa y otras sustancias hidr ó filas, presenta una menor resistencia al paso de agua que el simplasto Se considera que el apoplasto formado principalmente por celulosa y otras sustancias hidr ó filas, presenta una menor resistencia al paso de agua que el simplasto En el simplasto abundan l í pidos, sustancias hidr ó fobas, org á nulos y part í culas que aumentan la viscosidad del medio En el simplasto abundan l í pidos, sustancias hidr ó fobas, org á nulos y part í culas que aumentan la viscosidad del medio

El papel de la endodermis Es la capa m á s interna de la corteza, sus c é lulas no dejan espacios intercelulares y en las paredes celulares anticlinales y radiales se encuentra la banda de Caspary (dep ó sitos de suberina). Es la capa m á s interna de la corteza, sus c é lulas no dejan espacios intercelulares y en las paredes celulares anticlinales y radiales se encuentra la banda de Caspary (dep ó sitos de suberina). El flujo de agua hasta el cilindro central se ver á influido por la resistencia del simplasto y, de las membranas que deba atravesar, resistencia que puede aumentar si la estructura, la fluidez y funcionalidad de las membranas no son las adecuadas. El flujo de agua hasta el cilindro central se ver á influido por la resistencia del simplasto y, de las membranas que deba atravesar, resistencia que puede aumentar si la estructura, la fluidez y funcionalidad de las membranas no son las adecuadas.

Flujo hídrico a través del xilema

El ascenso del agua en la planta El xilema es un tejido especialmente adaptado para el transporte ascendente del agua, ya que sus elementos conductores, dispuestos en hileras longitudinales, carecen de protoplasma vivo en su madurez; de esta forma los elementos se convierten en los sucesivos tramos de conductos m á s o menos continuos por los que el agua circula como en una tuber í a de una casa. El xilema es un tejido especialmente adaptado para el transporte ascendente del agua, ya que sus elementos conductores, dispuestos en hileras longitudinales, carecen de protoplasma vivo en su madurez; de esta forma los elementos se convierten en los sucesivos tramos de conductos m á s o menos continuos por los que el agua circula como en una tuber í a de una casa.

Los elementos conductores: Las traqueidas, que poseen punteaduras en sus paredes (Gimnospermas) Las traqueidas, que poseen punteaduras en sus paredes (Gimnospermas) Las tr á queas o elementos de los vasos, separados entre s í por perforaciones, y dispuestos uno detr á s de otro formando los vasos (Angiospermas) Las tr á queas o elementos de los vasos, separados entre s í por perforaciones, y dispuestos uno detr á s de otro formando los vasos (Angiospermas) El flujo de agua es mayor en las tr á queas, y aumenta con el di á metro y la longitud de los elementos conductores. Las paredes de tr á queas y traqueidas son superficies que atraen el agua de forma muy efectiva. El flujo de agua es mayor en las tr á queas, y aumenta con el di á metro y la longitud de los elementos conductores. Las paredes de tr á queas y traqueidas son superficies que atraen el agua de forma muy efectiva.

Movimiento del agua El agua se mueve dentro de una célula fundamentalmente a través de dos procesos: 1- Difusión 2- Flujo de masa

Difusión El agua cuando está en solución no es estática, sino que está en un movimiento constante, haciendo colisiones. Por lo tanto, tiene una energía cinética, aspecto que hace que se mueva por difusión. El agua cuando está en solución no es estática, sino que está en un movimiento constante, haciendo colisiones. Por lo tanto, tiene una energía cinética, aspecto que hace que se mueva por difusión. La difusión mueve moléculas basado en la concentración, por lo que la velocidad de movimiento es proporcional al gradiente de concentración, tal como lo estableció Fick: Js=-Ds §Cs/§x Js: densidad de flujo, en moles/m 2 /seg. §Cs/§x: gradiente de concentración. Ds: coeficiente de difusión, característico de la sustancia. En general sustancias grandes se mueven más lentamente que las pequeñas.

Difusión La difusión es un movimiento rápido a corta distancia y lento a distancias mayores, pero también disminuye cuando el gradiente de concentración se hace menor. La difusión es un movimiento rápido a corta distancia y lento a distancias mayores, pero también disminuye cuando el gradiente de concentración se hace menor. Para distancias grandes la difusión no explica adecuadamente el transporte y tiene que existir un flujo de masa. Para distancias grandes la difusión no explica adecuadamente el transporte y tiene que existir un flujo de masa.

Flujo de masa Es un movimiento de grupos de moléculas, por lo general en respuesta a un gradiente de presión, como la presión hidrostática o la fuerza gravitacional. Es un movimiento de grupos de moléculas, por lo general en respuesta a un gradiente de presión, como la presión hidrostática o la fuerza gravitacional. Un ejemplo de esto es lo que sucede en un tubo de canería, con la lluvia, un río o el torrente sanguíneo. Su velocidad y cantidad de movimiento depende de la presión y del diámetro del tubo. Un ejemplo de esto es lo que sucede en un tubo de canería, con la lluvia, un río o el torrente sanguíneo. Su velocidad y cantidad de movimiento depende de la presión y del diámetro del tubo. Flujo de masa es el responsable del movimiento de agua y nutrientes a través del xilema y no depende de la concentración. Flujo de masa es el responsable del movimiento de agua y nutrientes a través del xilema y no depende de la concentración.

El transporte de agua en el xilema se produce por flujo masivo La ecuaci ó n de Hagen-Poiseuille La ecuaci ó n de Hagen-Poiseuille q v = π r 4. ΔP/ 8 η l El flujo o caudal es directamente proporcional a la cuarta potencia del radio

Velocidad de transporte en xilema En árboles con vasos de 100 a 200 micras de diámetro se puede transportar agua a una velocidad que oscila entre 16 y 45 metros por hora. En árboles con vasos pequeños de 25 a 75 mm, la velocidad puede ser de 1 a 6 metros por hora. 3 MPa puede ser la diferencia necesaria en potencial hídrico para que el agua suba a un árbol de 100 metros.

Ascenso del agua por el xilema Para explicar esto se han postulado dos mecanismos: 1- PRESION DE RAIZ 2-TENSION-COHESIÓN SOBRE EL XILEMA

La acumulación de soluto en el xilema puede generar una presión radical  El ingreso de iones en el xilema provoca un descenso del potencial osmótico, que favorece la entrada de agua, generándose dicha presión positiva, que empuja la solución hacia arriba.

Presión de raíz La presión de raíz es mayor en suelos hidratados y cuando la transpiración es baja. Es menos efectiva durante el día, cuando el movimiento de agua a través de la planta es más rápido.

Gutación Es la pérdida de agua líquida y eso se debe al hecho de tener mucha presión radical. La mayoría ocurre a través de los hidátodos, que son aberturas localizadas cerca del xilema, principalmente en márgenes de las hojas.

La presión radical y el ascenso de agua Insuficiente para llevar el agua hasta la parte más alta de un árbol de gran porte Presión de raíz generalmente es menor de 0,1 MPa y un árbol de 100 m puede requerir 3 MPa. Algunas plantas como las confieras no desarrollan presión de raíz.

Por lo tanto, la presión de raíz puede ascender agua en plantas herbáceas, pero no explica el ascenso del agua a árboles, lo que si explica la teoría de tensión y cohesión del xilema.

Teoría de la tensión-cohesión La evapotranspiración del agua genera una gran tensión (presión hidrostática negativa) en la parte superior del árbol y dicha tensión succiona agua a través del xilema.

Ψ p = -2T/r Água Microfibrillas de celulosa Aire

A medida que el agua se evapora de la película superficial que recubre las paredes celulares del mesófilo, el agua que queda más recluida en los intersticios de las paredes celulares y la tensión superficial da lugar a una presión negativa en la fase líquida. A medida que el agua se evapora de la película superficial que recubre las paredes celulares del mesófilo, el agua que queda más recluida en los intersticios de las paredes celulares y la tensión superficial da lugar a una presión negativa en la fase líquida. A medida que el radio de la curvatura disminuye la presión disminuye (se hace más negativa). A medida que el radio de la curvatura disminuye la presión disminuye (se hace más negativa).

Tensión y cohesión sobre el xilema La columna de agua debe mantenerse continua y esto se logra gracias a la cohesión y la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de las traqueidas y los vasos.

Cavitación Interrupción de la integridad de la columna de agua, debido a la formación de burbujas. Puede bloquear el flujo de agua, lo cual podría ser un serio problema si no se repara.

Algunas causas de la cavitación Inyección de aire debido a las altas tensiones xilemáticas. La congelación del xilema en invierno y su descongelación posterior. La acción de patógenos y herbívoros. Daños mecánicos.

Movimiento del agua en la hoja