tema 4 y 5 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Nutrición y Metabolismo Vegetal
Año del apunte 2016
Páginas 4
Fecha de subida 28/03/2016
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TEMA 4: ABSORCIÓN DEL AGUA Transporte del agua y nutrientes. Mecanismos de transporte.
Recordamos: en las plantas los únicos potenciales que afectan son el de presión y el osmótico mientras que en el suelo es el osmótico y el matricial. El flujo de agua siempre va de un potencial hídrico mayor a uno menor. Por lo tanto el potencial hídrico del suelo tiene que ser mayor que el de la planta para que esta pueda absorber agua. Las plantas que se encuentran en la playa son plantas halófitas (adaptadas a la sal), otras no pueden vivir debido a la salinidad de agua, el potencial hídrico es muy bajo y las plantas no lo pueden absorber. Las plantas halófitas son capaces de bajar su potencial hídrico para poder absorber agua marina. El otro componente que influye en la disponibilidad del agua en el suelo (facilidad con que el suelo facilita agua a las plantas) es el potencial matricial (fuerza con que los capilares retienen el agua en contra de la gravedad). Si el suelo tiene capilares muy pequeños su disponibilidad del agua es relativamente baja, ya que retienen el agua con tanta fuerza que la planta no la puede extraer.
3 grandes grupos de textura:    Suelos arenosos: partículas grandes, drenan con facilidad, secos. La mayor parte del agua es gravitacional, se va.
Suelos limosos: características intermedias.
Suelos arcillosos: partículas muy pequeñas, capilares muy finos, retienen mucha agua en contra de la gravedad, cuando se secan el agua cada vez tiene potencial hídrico muy bajo debido al bajo potencial matricial.
Las plantas absorben el agua disponible con las raíces. Tenemos la zona de división celular (meristemo), hacia arriba la zona de elongación donde las células se expanden de forma longitudinal y después una zona más vieja (madura) donde empiezan los pelos radiculares formados a partir de células epidérmicas y con función característica en la absorción de agua y nutrientes, tienen mucha superficie de absorción y facilitan el contacto entre la planta y el suelo. Puede haber centenares de miles de pelos de absorción y cada uno tiene una superficie de absorción. Un 80- 85% de plantas tienen otro mecanismo de aumentar la superficie de absorción y es mediante la formación de micorrizas (asociación a hongos, simbiosis). Estos hongos necesitan un aporte de materia orgánica (del suelo o proviene de la planta) y a la vez proporcionan a la planta fósforo y agua (azúcares necesarios para la planta).
En un principio gran parte del agua entra por los pelos radiculares pero también por las células epidérmicas. Puede entrar directamente por la pared celular porque es hidrofílica y una vez dentro de la pared puede circular por la propia pared celular (línea roja) a favor de gradiente de potencial hídrico atravesando la parte externa de la raíz hasta llegar a la endodermis (tiene células suberificadas, súber es hidrofóbico). Mediante esta vía, llamada vía del apoplasto, el transporte queda interrumpido.
La otra vía es la vía simplástica, que requiere que el agua atraviese la membrana citoplasmática (lipofílica) por difusión o mediante acuaporinas. Después puede ir por vía transcelular mediante plasmodesmos entrando hasta el cilindro vascular. La parte que quedaba interrumpida puede entrar a favor de gradiente hacia la vía simplástica y únicamente si entra en esta vía el agua podrá alcanzar el cilindro vascular. Después una vez dentro del cilindro puede tomar vía simplástica o puede entrar en los vasos del xilema y ser transportada hacia las hojas. Estas vías se pueden comparar con un osmómetro.
El apoplasto tiene agua y solutos están en equilibrio con el suelo, membrana semipermeable que es el plasmalema y el cilindro vascular y simplasto que tiene concentración de solutos mayor, el agua tiene tendencia a presionar el apoplasto sobre el agua que hay en el simplasto y esta presión radicular empuja el agua hacia arriba en contra de la gravedad. El potencial hídrico de la atmosfera es bajo si no la tenemos al 100%, por lo tanto el agua tiene tendencia a salir hacia el exterior. Este flujo del suelo se da a través de la raíz por las dos vías y la subida del agua hacia arriba se da por el capilar y es impulsada por presión en el capilar o por la tensión generada en la tendencia del agua a salir por las hojas.
Van der Honert establece la analogía entre el flujo del agua del suelo a la atmosfera con un circuito eléctrico. El flujo se da por una diferencia de potencial (entre suelo- raíz, raíztallo, tallo- hoja y hoja- atmósfera).
La mayor diferencia de potencial se da en la interfase atmósfera- hoja. La flecha indica que es variable. Las estomas se abren y se cierran según las necesidades de la planta y es un sistema de regulación. Por otro lado hay una resistencia variable al suelo determinada fundamentalmente por el contacto entre la raíz con el agua capilar. Hay que evitar que la planta pierda agua hacia el suelo y esto lo hace mediante la modificación de las paredes celulares de las células de la raíz, pone capas suberificadas. El flujo hidráulico en el sistema viene regulado por diferencias de potencial y resistencias conectadas en paralelo.
TEMA 5: TRANSPORTE DEL XILEMA Características y localización. Métodos de medida. Gotación.
Características del xilema y localización El xilema es una forma más eficiente de conducción de agua desde las raíces a las hojas para que estas puedan mantener su turgencia i competitividad con otras plantas primitivas que no presentan estos sistemas, como son las gimnospermas (que tienen traqueidas).
En las traqueidas la separación entre las células muertas que forman este capilar no han desaparecido por completo, todavía hay restos de pared celular entre un elemento y otro lo que ofrece una cierta resistencia al flujo.
A medida que han evolucionado las plantas, se observa en las angiospermas vasos verdaderos con mayor diámetro y que ya han perdido completamente la separación de paredes transversales y se trata de conductos o capilares vacíos con un flujo mucho más fácil que en las traqueidas.
Este xilema no solo consta de los elementos de vaso sino que además tenemos células vivas alrededor de este xilema que se encuentran en contacto, son las células parenquimáticas con la función de intercambiar sustancias como agua y solutos con el xilema. No todo lo que entra de las raíces acaba en las hojas, hay salidas radiales hacia las células vivas que lo distribuyen a los demás tejidos. Hay un intercambio con el otro gran sistema de conducción, el floema, que conduce la savia elaborada (productos de la fotosíntesis) hacia otros órganos. El floema puede obtener el agua a través del xilema y las células parenquimáticas.
El sistema vascular xilemático no consta de un único capilar, hay muchos capilares en un haz vascular. Estos capilares están conectados entre sí también a través de las punteaduras areoladas. Hay intercambio de agua y solutos pero también evitan las presiones dentro de las células, lo que se llama embolismo (si entra aire el transporte puede interrumpirse).
Métodos de medida Flujo hidráulico; Ley de Hagen Poisseulle El flujo de un líquido a través de un capilar se puede describir mediante la ecuación de la imagen. Nos explica que este flujo de agua depende de la conductancia hidráulica del sistema y es directamente proporcional a la diferencia de potencial de presión hídrico. La conductancia hidráulica hace referencia a un flujo, a una masa por área de sección y la conductividad hace referencia a la longitud del recorrido. Si esto se aplica a los flujos, sería el concepto de caudal (de un capilar en este caso) que viene dado por la ecuación en lila donde tendríamos que el volumen que pasa por segundo (velocidad) es directamente proporcional a la cuarta potencia del radio del tubo. Es inversamente proporcional a la viscosidad (poco importante en el xilema) y la distancia. Cualquier incremento en el diámetro del capilar se nos traduce en un enorme incremento del flujo de masa que pasa a través de él, el flujo no aumenta linealmente sino según la cuarta potencia del radio del tubo. Por lo tanto, el flujo será mayor en las angiospermas ya que hay mucha más facilidad de transporte. Cuanto más volumen, más diferencia de potencial es requerida.
Relación diámetro- caudal Si el diámetro se cuadriplica, el área será 16 veces mayor. Si se utiliza la cuarta potencia el flujo relativo aumenta 256 veces, es un elemento muy importante.
Mecanismos de transporte del xilema En si el flujo es espontaneo, pero hay una diferencia de potencial, hay una gran cohesión entre el agua debido a los puentes de hidrógeno y también entre los elementos hidrofílicos que forman la pared, por lo que puede engancharse en la pared. El agua tiene tendencia a subir en contra de la gravedad y la fuerza capilar no es capaz de transportarla a grandes distancias. Gracias a la diferencia de potencial hídrico entre la hoja y la atmósfera es lo que ayuda a que el agua suba. La tendencia de transpiración tira de la columna de agua que hay dentro del xilema hacia arriba hasta grandes altitudes, la fuerza de cohesión es suficientemente grande para que se pueda elevar muchos metros. Esta hipótesis de transporte de agua se llama hipótesis de Tensión- cohesión. Si medimos el diámetro de un árbol durante el dia y se vuelve a medir durante la noche, vemos que en la noche el diámetro del árbol mayor ya que no hay la tensión que tira del agua hacia arriba debido a que los estomas están cerrados. El transporte por el xilema es prácticamente nulo.
Tenemos un frasco poroso de arcillo conectado a una columna de agua y a una columna de mercurio. Conforme el agua se evapora, la columna de mercurio va subiendo (se da una tensión debida a la evaporación de agua).
Con una planta también se puede observar, se coge una rama con hojas vivas y se mete en un frasco de agua con una columna de mercurio. Se verá que el mercurio sube debido a la tensión que hace el agua con la transpiración.
Raíz como osmómetro No solo actúa el método anterior, la raíz también tiene un papel. El agua desde fuera entra hacia los vasos del xilema debido a la diferencia de concentración osmótica. Durante el día con la transpiración la tensión por presión radicular no se observa, pero durante la noche la presión es predominante porque no hay tensión apenas y se empuja el agua por el xilema. Si se hace con suficiente fuerza y la planta no es muy alta se puede observar la gutación en la madrugada. La presión hace que el agua líquida que no puede evaporarse por los estomas, salen gotas líquidas por los extremos de la hoja. Esto demuestra la presión que hace la raíz sobre el xilema.
Hidátodos El xilema se acaba en el final del nervio de la hoja y por encima suele haber un conjunto de células que suelen ser laxas y al final hay una especie de poro llamado Hidátodo. Es una apertura en el extremo normalmente de las nerviaciones por donde puede salir el agua si hay suficiente presión radicular. En árboles no se observa porque el agua tiene que transportarse en muchos metros.
La presión radicular no sirve para llevar agua a grandes alturas pero se supone que esto puede ayudar a reparar los errores que se pueden dar durante el día (insuficiente entrada de agua durante el día y entrada de aire en el sistema, se produce embolismo en el sistema, lo que dificulta el transporte).
La dependencia del agua desde el suelo hace a la planta vulnerable, ya que hay organismos infecciosos que atacan el sistema vascular que es el que proporciona agua a la planta. La planta tiene que tener capilares grandes pero no tan grandes para no sufrir embolismo, tener paredes resistentes que aguanten las tensiones y mecanismos de presión radicular.
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