las plantas y el agua por e.g. garcía material para uso exclusivo del curso introdución a la...

Las plantas y el agua

Por E.G. García

Material para uso exclusivo del curso Introdución a la Fisiología Vegetal.

Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica.

Marzo 2015.

80-95% del PF en tejidos activos

15-20% del PF en tejidos en dormición

Medio donde ocurren las reacciones bioquímicas

Hidratación de moléculas orgánicas

Solvente

Transporte

Presión de turgencia

Regulación térmica

FUNCIONES DEL AGUA

Propiedades del agua

Elevado Calor específico

Cohesión

Elevado Calor latente de

vaporización

Elevado Calor latente de

fusión Adhesión Tensión

superficial

PROPIEDADES ATRIBUIDAS A LOS PUENTES DE HIDRÓGENO

Acción disolvente

Libre: como en el xilema, floema, vacuola, etc.

Unida: como en las superficies en interacción con cargas electrostáticas.

El agua en las plantas se puede encontrar en las siguientes formas:

MOVIMIENTO DEL AGUA A NIVEL CELULAR y CUERPO DE LA PLANTA

Dos procesos:

Difusión

Flujo de masa

Determinación del contenido de agua.Peso fresco (PF): Peso del tejido recién cortado o

estructura fresca, con todo y agua.

Peso seco (PS): Peso del tejido o estructura después de haberla dejado en una secadora a 50-80 °C y que ya no cambia.

Porcentaje humedad= (PF-PS/PF) X 100

POTENCIAL QUIMICOPotencial químico (): es una medida de la capacidad de un mol de sustancia para realizar trabajo.

= R T ln e

En un sistema el agua:

w - o = R T ln e/eo

Unidades de = J/mol

R : 8,314 J mol-1 K-1T : temperatura en grados Kelvin

EL POTENCIAL HIDRICOEL POTENCIAL HIDRICO

Esta energía depende de:

· La concentración de solutos· La presión· La altura· Efectos de capilaridad

Es el potencial químico del agua. Es el potencial químico del agua.

Es la energía potencial que posee una determinada masa de agua

Es el potencial químico del agua. Es el potencial químico del agua.

Es la energía potencial que posee una determinada masa de agua

Potencial HídricoMedida de la energía libre del agua por unidad de volumen, expresada en unidades energéticas, para lo cual se usa el agua líquida pura como estado de referencia, a temperatura y presión ambiental (estandar).

El potencial hídrico es proporcional al trabajo requerido para mover un mol de agua pura a temperatura y presión ambiental a otro estado a la misma temperatura.

.

El potencial hídrico ha sido definido también como el potencial químico del agua dividido entre el volumen de 1 mol de agua (18X10-6m3/mol-1).

POTENCIAL HIDRICO

w

En concreto el potencia hídrico se refiere al estado del agua en las plantas. Pero ……

1) ¿Qué significa este concepto?

2) ¿En qué unidades se expresa?

3) ¿Qué valor se le asigna al potencial hídrico del agua pura?

4) ¿Qué magnitud tiene en una célula vegetal?

COMPONENTES DE w

w = S + P + m + g

Gravedad

Matriz

Potencial de pared

Potencial osmótico

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).

EL POTENCIAL HIDRICOEL POTENCIAL HIDRICO: DEPENDE DE LA CANTIDAD DE : DEPENDE DE LA CANTIDAD DE SOLUTOS Y ESTO SE RELACIONA CON LA ÓSMOSISSOLUTOS Y ESTO SE RELACIONA CON LA ÓSMOSIS

ΨSA > ΨSB

A B

ΨSA ≈ ΨSB

Solución HipertónicaΨS Célula = -50ΨS Medio = -80Exosmosis.Plasmolisis.

Solución HipotónicaΨS Célula = -50ΨS Medio = -20Endosmosis.Célula turgente.

Solución IsotónicaΨS Célula = -50ΨS Medio = -50No hay ósmosis neta.No hay plasmolisis ni total turgencia.

Cálculo del potencial osmótico de una solución como sacarosa

S = miRT

M: Molaridad de la solucióni: Constante de ionización (1 para sacarosa)R: Constante de los gases (0,083 litro atmósfera/mol grado Kelvin)T: Temperatura en grados Kelvin

S = miRT

M: Molaridad de la solucióni: Constante de ionización (1 para sacarosa)R: Constante de los gases (0,083 litro atmósfera/mol grado Kelvin)T: Temperatura en grados Kelvin

En células vacuoladas

w = s + pw = s + p

La unidad estándar para w es el MegaPascal:

MPa

1 atm= 14.7 lb/pulgada2= 760 mm Hg = 1,03 bares = 0,103 megapascales = 1.03X105 pascales.

MAGNITUD DEL POTENCIAL

HIDRICO

-3 -2 -1 0 1 2 3

w

w : es 0 para el agua pura (por definición) es <0 en una célula vegetal.

S : es 0 para el agua pura es <0 en presencia de solutos

P : es >0, en sistema abierto es 0.

MAGNITUDES :

g : es >0g : es >0

m : es < 0 Surge como consecuencia de las fuerzas que retienen el agua por adsorción como por

m : es < 0 Surge como consecuencia de las fuerzas que retienen el agua por adsorción como por

IMPORTANCIA DEL POTENCIAL HIDRICO

Determina la dirección y magnitud del flujo del agua

Indica el grado de hidratación de los tejidos

El potencial hídrico afecta todos los procesos fisiológicos

w = 0 MPa Agua Pura (Por definición)

w = 0 a -1 MPa En planta/célula en condiciones

normales

w = -1 a -2 MPa En planta/célula en condiciones

medias de estrés hídrico

w = <- 2 MPa En planta/célula en condiciones

severas de estrés hídrico

ALGUNOS VALORES DE w

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

Entrada agua

La presión de turgencia en la célula será igual al potencial osmótico que empuja al agua a entrar en la misma.

En estas condiciones la célula no crecerá. ΔΨ = 0

EL POTENCIAL HIDRICOEL 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 < ΨS

Entrada agua

La presión de turgencia en la célula será menor que el potencial osmótico.

En estas condiciones la velocidad de crecimiento dependerá de la cantidad de agua que pueda penetrar en la célula.

Ψρ < ΨS

Entrada agua

Cambios de peso: Inmersión de la muestra problema en una batería de soluciones con distinto potencial. Aprovecharemos que ΔΨ=0 cuando Ψtejido=Ψsol.refere. Por métodos gravimétricos o volumétricos puede saberse el momento del equilibrio.

Medida del potencial hídrico

Chardakov: Emplea una bateria de tubos con distintos potenciales (soluciones de sorbitol o manitol). Basado en el equilibrio de medios líquidos.

Bomba 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.

Medida a nivel celular: Se puede extraer el jugo vacuolar y medir la presión.

Plasmólisis incipiente. Determinar 50% de células pamolizadas.

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.