Las Plantas y El Agua Modificado

“ “LOS MEDIOCRES LO LOS MEDIOCRES LO ACEPTAN TODO, MENOS ACEPTAN TODO, MENOS

SALIR DE SU SALIR DE SU MEDIOCRIDAD”MEDIOCRIDAD”

“ “SI CADA UNO DE NOSOTROS SI CADA UNO DE NOSOTROS INDIVIDUALMENTE DECIDE INDIVIDUALMENTE DECIDE SER EXCELENTE TENGA LA SER EXCELENTE TENGA LA SEGURIDAD QUE HABRÁ UN SEGURIDAD QUE HABRÁ UN

MEDIOCRE MENOS EN EL MEDIOCRE MENOS EN EL MUNDO”MUNDO”

UNIDAD I. Las plantas y el agua

La planta necesita agua en grandes cantidades porque: Es un constituyente esencial del protoplasma. Es una materia prima esencial para la elaboración de alimentos. Hace posible el mantenimiento de la turgencia celular. Sirve como solvente de los gases, de los minerales y alimentos. El agua es el medio de transporte de la planta

El potencial hídrico

Difusión Se llama difusión a la dispersión de las

moléculas o iones de un componente de una solución, entre las de los otros componentes, originando una distribución uniforme de todos ellos (Teoría cinética).

La difusión se verifica no solamente en las soluciones en agua u otros líquidos, sino también cuando uno o todos los componentes son gases.

Factores que influyen en la difusión de solutos o de agua

Concentración. Temperatura. Presión. Presencia de solutos Efectos mátricos

Potencial químico o potencial de agua (Ψ)

El agua en estado líquido es un fluido, cuyas moléculas se hallan en constante movimiento, sometidas a fuerzas de atracción y repulsión mutuas. La movilidad de esas moléculas dependerá de su energía libre, es decir, de la fracción de la energía total que puede transformarse en trabajo.

La energía libre por gramo de peso molecular se denomina potencial químico. El cual está en función de la concentración de la solución.

La magnitud de uso más difundido para expresar y medir su estado de energía libre es el llamado potencial hídrico, que se lo define como el potencial químico del agua disponible para una reacción o para un movimiento.

En la célula el potencial hídrico tiene dos componentes: el potencial osmótico (Ψs) y el potencial de presión (Ψp).

Ψ = Ψs + Ψp

El potencial de agua en una matriz (coloide o arcilla), puede definirse como:

Ψ = Ψs + Ψp + Ψm

. Potencial osmótico Representa la disminución de la capacidad de

desplazamiento del agua debido a la presencia de solutos; puede valer cero (para el agua pura) o ser negativo.

Potencial de presión El ingreso de agua al interior de la célula, tiende a aumentar la

cantidad de jugo celular, crece la vacuola y crea una presión dentro de las células, originando una verdadera presión hidrostática de los contenidos celulares contra la pared, a la que se denomina presión de turgencia o potencial de presión.

El potencial de presión, puede ser nulo (bajo presión atmosférica, positivo (para sobre presiones por encima de la atmosférica), o negativo (para condiciones de tensión o vacío).

vacuola

Potencial total del agua en la célula vegetal

Osmosis. La ósmosis puede ser considerada como un tipo

especial de difusión caracterizado por el movimiento de agua a través de una membrana diferencialmente permeable desde un área en la cual la concentración es elevada (mayor potencial hídrico) a otra en la cual la concentración es más baja (menor potencial hídrico).

Movimiento de agua entre células La dirección del movimiento y la fuerza con

la que se mueve dependen del potencial de agua en cada célula y, en consecuencia, de la diferencia de potencial entre ellas.

Imbibición En las semillas, el proceso difusional del agua al

interior se conoce como imbibición, en la cual el movimiento del agua ocurre de un área de alto potencial a otra de bajo potencial, pero sin la ayuda de una membrana diferencial. Algunas fuerzas de atracción, por lo regular químicas o electroestáticas, están implicadas en la imbibición.

En el gráfico se muestran dos células: la A posee un potencial de presión de + 0.5 MPa, contiene un jugo celular con un potencial osmótico de -1.2 MPa. La célula B tiene un potencial de presión de + 0.3 MPa y una solución interna con potencial osmótico de -0.6 MPa. Si las dos células están en contacto directo, ¿Hacia donde se moverá al agua y con que fuerza?

A B

Potencial hídrico del suelo El agua en el suelo está sujeta a diferentes campos de

fuerza, por lo que su potencial difiere del que mantiene el agua pura en su estado libre.

El potencial mátrico Juega un papel importante en el movimiento del agua en

el suelo, esta relacionado con las fuerzas de absorción y adsorción de cada suelo.

El potencial osmótico Resulta de la presencia de solutos en el agua del suelo

que disminuyen su potencial de energía, este fenómeno no afecta el movimiento del agua en el suelo, pero es de suma importancia en donde se presenta una barrera de difusión.

EL AGUA EN EL SUELO Agua gravitacional Después de que cesa la lluvia, parte del agua en los poros es

acarreada hacia abajo por la gravedad y reemplazada por aire.

Agua capilar Una cantidad considerable de agua es retenida por

capilaridad en los poros, siendo esta condición, la más favorable para el crecimiento de la mayoría de las plantas.

Marchites temporal Cuando la cantidad absorbida por la planta es menor a la que

pierde por transpiración, lo que le hace aparecer marchita.

Marchites permanente Si no hay nuevos aportes de agua, el suelo se irá secando

con el transcurso de los días, y cuando sólo le quede una cantidad tan escasa de agua que una planta que crezca en él ya no pueda absorberla y muestre síntomas de marchitamiento, se dice que el suelo está en su punto de marchites permanente.

EL AGUA EN EL SUELO

Capacidad de campo Cuando el suelo ha sido saturado de

agua y ha perdido ya su fracción gravitacional pero conserva aún toda su agua capilar, se dice que ese suelo está en capacidad de campo.

EL AGUA EN EL SUELO

Absorción y transporte de agua

La absorción y transporte de agua por el interior de la planta, es un problema que ha confundido a científicos durante cientos de años. Aunque hay diversas teorías para explicar la penetración y subida del agua en las plantas, ninguna ha demostrado ser absolutamente correcta.

Absorción de aguaEs esencial para la vida de todas las plantas terrestres típicas obtener del suelo una cantidad de agua, al menos igual a la que pierden en el aire por transpiración.


Los pelos radicalesLas raíces son los órganos absorbentes; pero el agua y los solutos no entran por toda la superficie del sistema radical. La superficie de las partes viejas de las raíces está con frecuencia cubierta con una capa de células de corcho, completamente impermeables al agua y a las sales minerales. En las viejas células epidérmicas, la suberización reduce también grandemente la entrada de agua y de sales. En virtud de lo cual, la absorción se desempeña por los pelos radicales y las células epidérmicas en las extremidades de las raíces o regiones vecinas.


Absorción pasivaNormalmente la concentración total de solutos en el jugo celular del pelo radical es mayor que en la solución del suelo; en esta condición, el movimiento tiende a mantenerse, en tanto que la concentración dentro del pelo radical exceda a la solución del suelo.La mayor parte de la absorción de agua tiene lugar por medio de los mecanismos osmóticos, es decir, que el agua es absorbida pasivamente.


Absorción activaLos mecanismos de absorción activa no son responsables de ninguna absorción de agua apreciable, tiene lugar como resultado de la actividad de la raíz con la intervención de la parte aérea de la planta (Transpiración).Se cree que el agua absorbida por medios osmóticos no requiere directamente ningún gasto de energía. El agua circula desde el suelo al interior de la raíz a favor de un gradiente de potencial. Es decir, el agua pasa a través de la epidermis de la raíz, del cortex, y penetra en los conductos del xilema debido a que va encontrando concentraciones de soluto crecientes a medida que pasa de las células exteriores de la raíz a las interiores.Una teoría supone que existe una gradiente decreciente de O2 y otra creciente de CO2 desde el cortex a la estela. Puesto que se requiere energía para acumular y mantener una concentración de sales en contra de una gradiente de potencial, las células de la estela próximas al xilema, a diferencia de las del cortex, favorecen la pérdida de sales.


Podemos resumir los principales hechos relativos a la absorción, de la siguiente manera:

Todas las sustancias que entran a una célula deben estar disueltas en agua.

Todas las sustancias que entran deben pasar a través de la pared celular y el citoplasma, antes de llegar a las vacuolas.

Generalmente, las células epidérmicas de las raíz, mantienen dentro de sus vacuolas concentraciones más altas que las del medio externo.

El agua penetra en la célula vegetal por difusión pasiva, pero el mecanismo que regula el contenido de agua es la absorción activa de solutos.


Mecanismos de transporte de agua

1. OsmosisCuando hablamos de la ósmosis, el agua tiende a moverse en la planta, de las regiones donde las moléculas de agua son relativamente abundantes, hacia aquellas donde son relativamente escasas.


2. Apoplasto y simpoplastoEl cuerpo de la planta puede dividirse en dos compartimentos: el apoplasto conformado por las paredes celulares, espacios intercelulares, y el lumen de células muertas como vasos, fibras y traqueidas; el simpoplasto está constituido por todos los protoplastos, interconectados mediante cordones de protoplasma.


Presión de raíz El movimiento del agua que realiza una rápida

absorción de solutos por la raíz, en las plantas superiores, origina una presión ascendente en el xilema, que se designa como presión radical.Aunque esta presión no puede explicar la ascensión de la savia hasta el extremo de los grandes árboles, el mecanismo parece existir en todas las plantas y afecta la ascensión del agua.



Planta después de un tiempo

• Atracción transpiratoria y cohesión de agua


AGUA

VAPOR DE AGUA

Esta teoría argumenta satisfactoriamente, como la resistencia del agua a la tensión puede aguantar la columna de agua que sería necesaria para alcanzar la parte superior de los árboles más elevados, asimismo, es obvio que la resistencia a la tensión del agua es suficiente para superar las fuerzas de rozamiento opuesto por las paredes opuesto por las paredes del xilema y la gravitación que se oponen a su subida por la planta.La teoría de la tensión-cohesión, introducida primeramente por Dixon (1914-1924), es la más aceptada para explicar el transporte de agua en las plantas.


Movimiento del agua en el sistema suelo-planta-atmósfera.La continuidad del movimiento del agua desde el suelo se da a través de la raíz, tallo, hoja y atmósfera.Para que el agua se desplace a través de la planta, es necesario que:


Ψsuelo > Ψraíz > Ψtallo (xilema) > Ψhojas > Ψatmósfera

La Transpiración La planta está constantemente perdiendo agua

en la atmósfera. Esta agua viene del suelo, entra a las plantas por las raíces, se mueve hasta las hojas en los tejidos conductores y escapa como vapor de las paredes celulares húmedas del mesófilo o espacios intercelulares, de los que pasa a la atmósfera por difusión a través de los estomas. Este proceso mediante el cual las plantas pierden agua en forma de vapor, se llama transpiración.

Utilidad para la planta. La gran superficie de hojas de una planta típica es

favorable a la absorción de cantidades crecidas de bióxido de carbono y energía luminosa, para la fotosíntesis.

La transpiración es el mecanismo que origina la tensión del xilema y el ascenso del agua.

Quizá el único papel útil definido, realizado por la transpiración, sea el rápido acarreo a las hojas de las sales minerales.

La evaporación de agua tendría un efecto refrigerante en la hoja.

La Transpiración

Factores que afectan la intensidad de laTranspiración. Factores externos

La Transpiración

HUMEDAD DE LAATMÓSFERA

INTENSIDAD LUMINOSA

MOVIMIENTOS DEL AIRE TEMPERATURA

DEL AIRE

CONDICIONESDE SUELO

Factores internos• El engrosamiento de la pared externa de las células

epidérmicas y la presencia de cutina en dicha pared.• Comúnmente los estomas se hallan en el envés de la hoja.• La transpiración estomal se reduce a veces por la depresión

de los estomas debajo de la superficie general de las hojas.• Muchas xerofíticas han reducido la transpiración, con hojas

muy pequeñas, o no produciendo hojas.

La Transpiración

La Transpiración

Células oclusivas y estomasDistribuidas entre las células

epidérmicas ordinarias de la cara inferior, y a veces también en la

superior, están las células oclusivas.

Apertura y cierre de estomas.La capacidad de los estomas de abrirse o cerrarse, se basa en las deformaciones que son capaces de experimentar las células oclusivas de acuerdo con su contenido hídrico.

La Transpiración

La Transpiración

> malato

LUZ

FOTOSÍNTESISACTIVA

< CO2

La Transpiración

> malato< malato

DÉFICIT HÍDRICO ABA

La Transpiración

> malato

TEMPERATURA< 30°C FOTOSÍNTESIS ACTIVA

< CO2

La Transpiración

> malato< malato

TEMPERATURA> 30°C RESPIRACIÓN ACTIVA

> CO2

La transpiración¿Por qué se pierde tanta agua por transpiración en un cultivo?

Hanks 1980, comprobó que para el desarrollo de una planta (remolacha) se necesitó añadir 620 mm de agua, de ella 465 mm pasaron a la atmósfera a través de las plantas. Se transpiran 465 kg de agua por cada kg de sacarosa, además se transpira 230 kg de agua para generar 1 kg de biomasa seca.

¿Cómo abren las plantas suculentas los estomas en la noche?

¿Cuál es la longitud de onda de la luz más eficaz para producir la apertura de los estomas?

¿Fotosintetizan las células guarda?

¿Qué hace que las células guarda absorban agua para que los estomas se abran?

¿Qué produce cambio en el potencial osmótico de las células guarda que origina la apertura de los estomas?¿Sólo las hojas tienen estomas?

•Cuando las plantas que han estado absorbiendo y transpirando agua activamente detienen repentinamente su transpiración por un gran aumento en la humedad de la atmósfera, mientras que la absorción del agua continúa, pueden expulsar gotas de agua fuera de sus tejidos. Esta exudación de agua en forma líquida se llama gutación.

TRANSPORTE A TRAVÉS DEL FLOEMA

Estructura del floema. Tubos cribosos. Células anexas. Fibras del floema. Parénquima del floema . Células radiales del floema

Naturaleza de las sustancias transportadas porEl floema Carbohidratos Sustancias nitrogenadas Ácidos orgánicos y sustancias inorgánicas Sustancias de crecimiento Vitaminas, ATP, lípidos, partículas virales,

herbicidas, fungicidas, insecticidas


DIRECCIÓN DEL TRANSPORTEÓrganos productores Hojas maduras Cotiledones o endospermo de semillas en germinación Tejidos de reserva del tallo, hoja o raíz cuando están brotando


Órganos consumidores Meristemos Hojas jóvenes Cotiledones o endospermo de semillas en formación Tejidos de reserva del tallo, hoja o raíz cuando están almacenando estas sustancias Flores y frutos


Entrada de los solutos en el floema El primer paso en el transporte de solutos desde los órganos

productores a los órganos consumidores, es su entrada activa y selectiva en el sistema conductor (carga del floema), y mediante el

cual las sustancias que van a ser transportadas, sacarosa fundamentalmente, pueden cumularse en el floema alcanzando una concentración superior a la que se encuentra fuera de los tubos cribosos.



MESÓFILO

TUBOCRIBOSO

CÉLULAS ANEXAS

ATP

Distribución de solutos por la planta


El modelo de distribución de solutos está determinado:

• Posición de órganos productores y consumidores.

• Control hormonal.


Efectos de los factores ambientales sobre el transporte.

Los factores que más parecen incidir en la intensidad del transporte y distribución de solutos son la luz, potencial hídrico y temperatura, cada uno de ellos puede modificar el proceso de transporte de solutos afectando al órgano productor, consumidor, sistema conductor o a lastres partes simultáneamente.


Mecanismos de transporte por el floemaMecanismos pasivosFlujo en masas o flujo de presiónEsta teoría fue postulada por Ernst München 1930 y es la que hasta la fecha ha gozado de mayor éxito y aceptación.El fundamento de esta hipótesis esta basada en un modelo que consta de dos osmómetros cubiertos por una membrana semipermeable y rodeados por agua.


Difusión interfásicaVan den Honert, en 1932, aporta la posibilidad de que el transporte de solutos puede tener lugar por medio de interfases originadas dentro de los elementos cribosos. Su sugerencia estaba basada en el hecho observado de cuando una gota de un líquido insoluble en agua, se coloca sobre una superficie acuosa, esta sustancia se extiende rápidamente sobre la misma.


Mecanismos activosElectro-ósmosisPropuesta por Spaner en 1958, implica una circulación de iones en las placas cribosas mantenida por la actividad metabólica. Propone tres requisitos básicos:1. Debe existir una membrana que posea poros cargados eléctricamente (carga negativa).2. Los poros deben estar ocluidos, pero no tanto que impidan el paso libre de iones hidratados.3. Debe existir una diferencia de potencial a través de la membrana que debe ser mantenida para que el transporte tenga lugar.


Corrientes protoplasmáticasDe Vries, en 1885, fue el primero en sugerir que alguna clase de movimiento protoplasmático podría ser el responsable del movimiento de solutos por los tubos cribosos. Tal tipo de movimiento recibe el nombre de ciclosis.


Otras hipótesisThaine, en 1964, propone que los filamentos que atraviesan los elementos cribosos son tubos fibrilares rodeados por una membrana, con paredes contráctiles, capaces de generar movimiento.Fenson, en 1972, propone la existencia de una red de material microfibrilar en el interior de los tubos cribosos, que podrían presentar contracciones ondulares y que atravesarían las placas cribosas.


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