RELACIONES HIDRICAS: ¿Por qué necesitan agua las plantas?
El agua es el disolvente universal. Las 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.
ΨSH 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
ΨSH 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
ΨSA ≈> ΨSSB
ΨS Célula = -50
ΨS Medio = -80
Exosmosis.
Plasmolisis.
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:
posee
el aguacon
en presión
funciónalta
de asu
altura.
El agua
fluirá desde
un Energía
sistema, que
o parte
del sistema,
otro
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
hacia
en contra
de la gravedad. Actuan fuerzas de
Ψaρmoverse
=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 += 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<<ΨΨSS
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.
dl/dt = 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
y(MPa)
estomas
Aire
-95.1
Hojas
-0.8
Xilema tallo
-0.8
Xilema raíz
-0.6
Suelo (raíz)
-0.5
Suelo
-0.3
Elementos
conductores
Perforación
que separa dos
elementos del
mismo vaso Vaso
Punteadura
Vasos
conductores
Agua +
sales minerales
Epidermis y
pelo absorbente
EL POTENCIAL HIDRICO: El transporte de agua. El Floema.
y(MPa)
Localización
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.
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