Tema 2.1: L’aigua en les cèl•lules i els teixits vegetals (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Fisiologia Vegetal
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 25/11/2014
Descargas 10

Vista previa del texto

Tema 2.1: L’aigua en les cèl·lules i els teixits vegetals 2.1.1: Estructures i propietats de l’aigua Aprox. 500g d’H2O = 1g de mat. org en les plantes. Per fer 1g de matèria orgànica han d’utilitzar aquesta quantitat d’aigua i ha d’ajustar l’H2O que absorbeix i que perd. Si no hi ha l’equilibri la planta pot patir dèficit hídric i moltes de les seves funcions biològiques no es realitzaran.
H2O com a element essencial: Forma la major part d’un organisme. EN les plantes forma un 70% del pes net del txt. Varia segons els teixits, cèl·lules i l’ambient.
La disponibilitat d’aigua limita la producció en molts ambients. EL creixement és Productivitat  (g/m2*y*r).
L’aigua té diferents propietats:    És incolora: és important pq no reflecteix els rajos del sol (llum) i permet que la radiació solar passi a través dels teixits i així arribar a les cèls. fotosintètiques.
És formada de molècules petites i polars: Per això és el millor solvent conegut i el més abundant. Al ser polar formen ponts d’hidrogen entre les seves molècules o altres que siguin polars o amb càrrega. És un solvent per a substàncies iòniques o per a molècules polars ( -OH, -NH2).
La polaritat d’una molècula es quantifica amb la Cnt. Dielèctrica (la de l’aigua és la més alta).
Té propietats tèrmiques inusuals: o Punts de fusió i ebullició elevats: energia que cal de sòlid a líquid.
o Calor de fusió i vaporització elevats: energia de líquid a gas.
o Calor específica elevada La importància de biològica de la calor de vaporització és que l’aigua necessita molta energia per passar de líquid a gas i permet a les fulles refredar-se quan l’aigua s’evapora ja que recollirà la calor. Com suar pels humans.
La calor esp elevat és l’energia necessària per augmentar 1ºC la temperatura d’1g d’una substància. Esmorteeix fluctuacions de T de l’ambient ja que a l’aigua li costa molt variar la T. A més pot conduir molta calor i així absorbir i redistribuir grans quantitats de calor sense grans augments de la seva temperatura.
Propietats de l’aigua Incolora Naturalesa polar i mol. petites Importància biològica Permet que la llum penetri als txts. i cèl·lules P.H. i molt bon solvent Punt de fusió i ebullició elevats Calor de fusió i vap elevada Calor específic elevat Líquida en un ampli rang de T (0100ºC) Refredament de les fulles Evita sobrescalfament cel·lular 2.1.2: Mecanismes de translació de l’aigua Continuació SÒL  PLANTA  ATMOSFERA.
La columna d’aigua continua del sòl a l’atmosfera. Durant la seva vida, una planta pot transpirar 100 vegades + H2O que el seu pes fresc.
L’aigua passa per diferents medis  P.C., Membranes, Citoplasmes, Espais intracel·lulars  Diferents mecanismes de translació (moviment).
1) Capil·laritat: Moviment de l’aigua per un conducte estret. Això es deu a la cohesió (mútua atracció entre mols d’aigua) i l’adhesió.
La cohesió fa que hi hagi alta tensió superficial, que és l’energia que cal per augmentar la superfície líquid a gas (J/m2 o N/m) L’adhesió és l’atracció de l’aigua per una fase sòlida amb grups polars exposats. Hi ha grups polars exposats on l’aigua s’enganxa i al ser arrastrada per la cohesió puja la resta de les molècules.
Pararà de pujar quan el pes de la columna sigui igual a la força d’ascenció.
La columna pot suportar fins a T= -80MPa Per calcular les forces que actuen s’utilitza: T= tensió (succió)= pressió hidrostàtica negativa Compressió= Pressió hidrostàtica positiva L’alçada on pot arribar la columna d’aigua depèn del radi del tub conductor. Com més petit sigui més pujarà.
EX: A quina alçada(m) pujarà l’aigua en un vas conductor de D=50 µm? h= 1.49*10-5/r = 1.49*10-5/25*10-6m= 0.596m La seva importància biològica és evitar la dessecació de la paret cel·lular on hi ha espais capil·lars (diàmetre= 10-2) per on hi passarà aigua. En les cèl·lules del mesòfila on hi haurà els estomes també ja que això permet que no hi hagi una gran pèrdua d’aigua.
2) Difusió: Provoca un moviment net de les molècules d’aigua a favor de gradient, de més a menys concentració.
Gasos > Líquids > Sòlids Ex: destapar l’ampolla de perfum i es difon l’olor. Al aplicar una força ja no és difusió, com per exemple pitjar el difusor de l’ampolla perquè surti el líquid.
La difusió és més ràpida a x curtes que a llargues, on serà extremadament lentes.
EX1: Si el Ds de la glucosa a l’aigua és de 10-9m2s-1, quan trigarà una molècula de glucosa en difondre a través d’una cèl·lula de 50 μm? tc1/2= (50*10-6)2/10-9=2500*10-3= 2,5s EX2: I a través d’una fulla de blat de moro (1m)? tc1/2= 12/10-9=109s  32 anys La seva importància biològica és que permet el moviment de soluts dins la cèl·lula i als estomes ja que hi ha difusió per treure vapor d’aigua i entrar CO2, és a dir, fer la transpiració.
3) Flux en massa: Moviment de totes les molècules d’una substància com a resposta de pressió. Ex: riu, ploure (gravetat).
Té lloc quan s’aplica una força externa.
Si doblem el radi, el cabal augmenta en un factor de 16, (24).
Com més gradient de pressió, més cabal.
La seva importància biològica és el transport de l’aigua pel xilema i l’entrada a les arrels.
4) Osmosi: Moviment de les molècules d’aigua a través d’una membrana selectivament permeable (ex M.P.). No deixa passar molècules amb càrrega o molècules grans.
Es produeix en resposta a gradient de [soluts] entre costats de la M.P. i la pressió hidrostàtica de la cèl·lula.
La importància biològica serà la transferència d’aigua entre cèl·lules i entre cèl·lules i el seu entorn.
La diferència entre la difusió i l’osmosi és que en la difusió hi ha una obertura i els soluts s’espargeixen i en l’osmosi hi ha la membrana semipermeable i es mou l’aigua a través seu.
Mecanisme de translació Capil·laritat Difusió Flux en massa Osmosi Generat per: Cohesió (Tensió adhesió Gradient de [C] Importància biològica sup.)i Hidratar PC i pujar aigua a plantes petites Intercanvi gasós a estomes (TRANSPIRACIÓ) i moviment de soluts dins la cèl.
Gradient de pressió Transport d’aigua a les capçades i entada d’aigua a les arrels Gradient de [soluts] i Transferència d’aigua entre gradient de pressió cèls i amb el seu entorn.
2.1.3: Potencial hídric El potencial químic de l’aigua (µw) és l’expressió quantitativa de l’energia lliure de l’aigua (J/mol) .
L’energia lliure és la capacitat de realitzar treball. +Energia + Treball.
La dissolució d’un solut disminueix l’energia lliure de l’aigua, ja que al afegir-lo les molècules d’aigua estabilitzen ponts d’hidrogen amb el solut i queda menys lliure, és a dir, tenen menys mobilitat.
EX: Per què l’aigua es mou de B a A? A la B hi ha més energia lliure i per tant més treball ( potencial químic) i per això les molècules es mouran d’aquesta manera.
De més µw  menys µw.
El potencial hídric és el potencial químic expressat en volum.
Els components del potencial hídric més importants en relació als mecanismes de translació són: Entre cèl·lules, la g no compte.
 Capil·laritat: Pressió Només amb moviments verticals  Difusió: Concentració de soluts que no siguin de moviments  Flux en massa: Pressió despreciables.
 Osmosi: pressió i concentració de soluts 1) Potencial de pressió (Ѱp): és la pressió hidrostàtica a la qual està sotmesa la solució.
Pot ser: a. Positiva  dins les cèls  pressió de turgència b. Negativa  Xilema o espais capil·lars de PC  Tensió Això es mesura en relació a la Patm a nivell de mar 1MPa).
A nivell cel·lular  Ѱp=P (Pde turgència) (9,9 atm= 2) Potencial osmòtic o potencial de solut (Ѱs): depèn de la [solut] dissolt (en mol/L), essent independent de la naturalesa específica del solut.
L’estat de referència serà l’aigua pura  pot.osm  Ѱs=0.
Si augmenta la [soluts] a l’aigua disminueix l’energia lliure  disminueix µw disminueix Ѱw.
L’eq. De Van Hoff mesura el potencial osmòtic: A nivell cel·lular  π= - Ѱs. El π serà la pressió osmòtica que serà postitiva.
3) Gravetat (Ѱg) : A nivell cel·lular no es té en compte ja que no hi ha diferència entre h.
4) Potencial matricial: és el resultat de la adhesió o absorció d’aigua a les superfícies sòlides. És important en capil·laritat i en el moment d’imbició de les llavors (agafen aigua) i això passa en teixits o sòls molt deshidratats.
Correspon a una pressió negativa (succió)  Ѱw baixa.
Sovint s’incorpora en la Ѱp.
Components Ѱw Depèn de: Efectes sobre Ѱw Ѱp (pressió) Tipus de pressió Posititiu i negatiu hidrostàtica (+ -) Ѱs [soluts] i T Negatiu Ѱg H (alçada columna aigua) Positiu Ѱm Adhesió de l’aigua sobre Pressió de succió  una superfície Estats osmòtics cel·lulars: Els estats cel·lulars varien constantment 1) Plasmòlisi: medi hipertònic  Ѱw < Ѱw (cel) 2) Turgència: medi hipotònic  Ѱw medi > Ѱw (cel) 3) Plasmòlisi insipient: concentració = al medi  Ѱw = Ѱw (cel), és a dir, no hi ha pressió.
Ex: Moviment de l’aigua en cèl·lules i teixits Es mou a partir del flux per osmosi, que és la velocitat en què l’aigua passa per osmosi a través d’una membrana (Jv). Depèn de les característiques de membrana.
A mesura que els gradients s’igualen la velocitat disminueix Com es mesura? A partir de la Bomba de Scholander o de pressió. Té un cilindre amb una fulla o branquilló i es fa una pressió sobre la tija fins que surti una gota d’aigua a la fulla i així es sap el potencial hídric, que indica també el nivell d’estrés hídric de la planta. Com + estrés + pot.
hídric negatiu, és a dir, puja l’estrés hídric i baixa el potencial.
A mesura que augmenta l’estrés hídric es van inhibint funcions vitals de la planta.
Al augmentar l’estrés hídric pot ser beneficiós perquè baixa el potencial hídric i en llocs on el sòl té poc Ѱw pot fer que la planta agafi aigua però també és dolent ja que treu funcions a la planta.
El ᴪw és més negatiu al migdia que al matí i més a l’estiu que a l’hivern . Com s’observa al gràfic, una tanca estomes i és conservadora d’aigua i l’altre no, per això una va perdent aigua i agafant-la. Aquest segon té risc de cavitació però també fa fotosíntesi durant tot el dia i any, és malgastadora d’aigua, baix ᴪw.
El contingut relatiu hídric es calcula pesant la fulla quan està turgent i quan està seca, és a dir, un cop agafada (aigua màxima) i al cap d’un temps  Què passa si reguem cirerers, pruners i tomaqueres quan els fruits estan madurs? Que reventen (esquerdes) perquè l’aigua va als fruits ja que el ᴪw és negatiu. És negatiu perquè acumulen molts soluts, per tant el potencial hídric es baix i l’aigua anirà cap als fruits.
Com s’explica que al posar maduixes amb sucre o albergínies amb sal s’alliberi una solució aquosa? Perquè el medi extern és hipertònic i l’aigua es moura cap a l’exterior.
El vi de la regió mediterrània té més grau que el de la regió atlàntica. Per què? Perquè al ser sec l’ambient, la planta té més soluts i al fermentar faran més alcohol.
...