Información

30.6: Transporte de agua y solutos en plantas - Biología


30.6: Transporte de agua y solutos en plantas

Transpiración es la pérdida de agua de la planta por evaporación en la superficie de la hoja. Es el principal impulsor del movimiento del agua en el xilema. La transpiración es causada por la evaporación del agua en la interfaz hoja-atmósfera que crea una presión negativa (tensión) en la superficie de la hoja. Esta tensión tira del agua de las raíces. Por la noche, cuando los estomas se cierran y la transpiración se detiene, el agua se retiene en el tallo y la hoja por la adhesión del agua a las paredes celulares de los vasos del xilema y las traqueidas, y la cohesión de las moléculas de agua entre sí. Esto se llama teoría de la cohesión-tensión del ascenso de la savia.

–0,2 MPA en las células de la raíz para

–0,6 MPa en el tallo y desde

–1,5 MPa en las hojas más altas, hasta

–100 MPa en la atmósfera. "/>

Figura 1. Se muestra la teoría de cohesión-tensión del ascenso de la savia. La evaporación de las células del mesófilo produce un gradiente de potencial hídrico negativo que hace que el agua se mueva hacia arriba desde las raíces a través del xilema.

Dentro de la hoja, a nivel celular, el agua en la superficie de las células del mesófilo satura las microfibrillas de celulosa de la pared celular primaria. La hoja contiene muchos espacios de aire intercelulares grandes para el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono, que es necesario para la fotosíntesis. La pared celular húmeda está expuesta a este espacio de aire interno de la hoja, y el agua en la superficie de las células se evapora en los espacios de aire, disminuyendo la película delgada en la superficie de las células del mesófilo.

Esta disminución crea una mayor tensión en el agua en las células del mesófilo (Figura 1), aumentando así la atracción del agua en los vasos del xilema. Los vasos del xilema y las traqueidas están estructuralmente adaptados para hacer frente a grandes cambios de presión. Los anillos en los recipientes mantienen su forma tubular, al igual que los anillos en la manguera de una aspiradora mantienen la manguera abierta mientras está bajo presión. Las pequeñas perforaciones entre los elementos del recipiente reducen el número y el tamaño de las burbujas de gas que se pueden formar a través de un proceso llamado cavitación. La formación de burbujas de gas en el xilema interrumpe el flujo continuo de agua desde la base hasta la parte superior de la planta, provocando una ruptura denominada embolia en el flujo de la savia del xilema. Cuanto más alto es el árbol, mayores son las fuerzas de tensión necesarias para extraer agua y más eventos de cavitación. En árboles más grandes, las embolias resultantes pueden obstruir los vasos del xilema, haciéndolos no funcionales. La transpiración es un proceso pasivo, lo que significa que la energía metabólica en forma de ATP no es necesaria para el movimiento del agua. La energía que impulsa la transpiración es la diferencia de energía entre el agua del suelo y el agua de la atmósfera. Sin embargo, la transpiración está estrictamente controlada.

Control de la transpiración

La atmósfera a la que está expuesta la hoja impulsa la transpiración, pero también provoca una pérdida masiva de agua de la planta. Hasta el 90 por ciento del agua absorbida por las raíces puede perderse por transpiración.

Las hojas están cubiertas por una cera cutícula en la superficie exterior que evita la pérdida de agua. La regulación de la transpiración, por lo tanto, se logra principalmente mediante la apertura y cierre de los estomas en la superficie de la hoja. Los estomas están rodeados por dos células especializadas llamadas células protectoras, que se abren y cierran en respuesta a señales ambientales como la intensidad y calidad de la luz, el estado del agua de las hojas y las concentraciones de dióxido de carbono. Los estomas deben abrirse para permitir que el aire que contiene dióxido de carbono y oxígeno se difunda en la hoja para la fotosíntesis y la respiración. Sin embargo, cuando los estomas están abiertos, el vapor de agua se pierde en el ambiente externo, lo que aumenta la tasa de transpiración. Por lo tanto, las plantas deben mantener un equilibrio entre la fotosíntesis eficiente y la pérdida de agua.

Las plantas han evolucionado con el tiempo para adaptarse a su entorno local y reducir la transpiración (Figura 2). Las plantas del desierto (xerófitas) y las plantas que crecen en otras plantas (epífitas) tienen acceso limitado al agua. Estas plantas suelen tener una cutícula cerosa mucho más gruesa que las que crecen en ambientes más moderados y bien regados (mesófitos). Las plantas acuáticas (hidrófitas) también tienen su propio conjunto de adaptaciones anatómicas y morfológicas de las hojas.

Figura 2. Las plantas se adaptan a su entorno local. (a) Xerófitos, como este nopal (Opuntia sp.) y (b) epífitas como esta tropical Aeschynanthus perrottetii se han adaptado a recursos hídricos muy limitados. Las hojas de una tuna se modifican en espinas, lo que reduce la proporción de superficie a volumen y reduce la pérdida de agua. La fotosíntesis tiene lugar en el tallo, que también almacena agua. (B) A. perottetii las hojas tienen una cutícula cerosa que evita la pérdida de agua. (c) Vara de oro (Solidago sp.) es un mesófito, muy adecuado para ambientes moderados. (d) Hidrófitos, como este nenúfar fragante (Nymphaea odorata), están adaptados para prosperar en ambientes acuáticos. (crédito a: modificación del trabajo de Jon Sullivan crédito b: modificación del trabajo de L. Shyamal / Wikimedia Commons crédito c: modificación del trabajo de Huw Williams crédito d: modificación del trabajo de Jason Hollinger)

Las xerófitas y las epífitas suelen tener una gruesa capa de tricomas o de estomas que están hundidos debajo de la superficie de la hoja. Los tricomas son células epidérmicas similares a pelos especializadas que secretan aceites y sustancias. Estas adaptaciones impiden el flujo de aire a través del poro estomático y reducen la transpiración. También se encuentran comúnmente múltiples capas epidérmicas en este tipo de plantas.


Potencial de soluto

Potencial de soluto (Ψs), también llamado potencial osmótico, es negativo en una célula vegetal y cero en agua destilada. Los valores típicos del citoplasma celular son de –0,5 a –1,0 MPa. Los solutos reducen el potencial hídrico (lo que resulta en un Ψ negativow) al consumir parte de la energía potencial disponible en el agua. Las moléculas de soluto pueden disolverse en agua porque las moléculas de agua pueden unirse a ellas a través de enlaces de hidrógeno. Una molécula hidrófoba como el aceite, que no puede unirse al agua, no puede disolverse. La energía en los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de soluto y el agua ya no está disponible para trabajar en el sistema porque está ligada al enlace. En otras palabras, la cantidad de energía potencial disponible se reduce cuando se agregan solutos a un sistema acuoso. Por lo tanto, Ψs disminuye al aumentar la concentración de soluto. Porque Ψs es uno de los cuatro componentes de Ψsistema o Ψtotal, una disminución en Ψs causará una disminución en Ψtotal. El potencial hídrico interno de una célula vegetal es más negativo que el agua pura debido al alto contenido de solutos del citoplasma ([Figura 2]). Debido a esta diferencia en el potencial hídrico, el agua pasará del suelo a las células de la raíz de una planta a través del proceso de ósmosis. Esta es la razón por la que el potencial de soluto a veces se denomina potencial osmótico.

Las células vegetales pueden manipular metabólicamente Ψs (y por extensión, Ψtotal) mediante la adición o eliminación de moléculas de soluto. Por lo tanto, las plantas tienen control sobre Ψtotal a través de su capacidad para ejercer control metabólico sobre Ψs.

Figura 2: En este ejemplo con una membrana semipermeable entre dos sistemas acuosos, el agua se moverá de una región de mayor a menor potencial hídrico hasta que se alcance el equilibrio. Los solutos (Ψs), la presión (Ψp) y la gravedad (Ψg) influyen en el potencial de agua total para cada lado del tubo (Ψtotalright o left) y, por lo tanto, la diferencia entre Ψtotal en cada lado (ΔΨ). (Ψm, el potencial debido a la interacción del agua con sustratos sólidos, se ignora en este ejemplo porque el vidrio no es especialmente hidrófilo). El agua se mueve en respuesta a la diferencia de potencial hídrico entre dos sistemas (los lados izquierdo y derecho del tubo).

El potencial hídrico positivo se coloca en el lado izquierdo del tubo aumentando Ψpag de manera que el nivel del agua suba por el lado derecho. ¿Podrías igualar el nivel del agua en cada lado del tubo agregando soluto y, de ser así, cómo?


Ver el vídeo: Transporte de agua en las plantas: relaciones hídricas (Enero 2022).