FISIOLOGÍA VEGETAL
UNIDAD II: EL AGUA Y LAS PLANTAS
TERCERA SEMANA
TEMARIO:
Primera parte : El recurso agua-estructura molecular-asimetría- bipolar-puente de hidrogeno, agua metabólica. Propiedades y funciones: reactantes, estructural, disolvente, adhesión y cohesión.
Segunda parte: Termorregulador, turgencia, potencial hídrico- dinámica valoración-estado hídrico en la planta.
EL AGUA: RECURSO NATURAL
El agua es un elemento de la naturaleza, integrante de los ecosistemas naturales, fundamental para el sostenimiento y la reproducción de la vida en el planeta ya que constituye un factor indispensable para el desarrollo de los procesos biológicos que la hacen posible.
Los ríos, lagos, lagunas y humedales son una fuente importante de agua dulce, sin embargo, son los acuíferos subterráneos los que aportan hasta un 98% de las fuentes de agua dulce accesibles al uso humano, ya que se estima que representan el 50% del total de agua potable en el mundo.
Históricamente, el desarrollo de las sociedades ha estado estrechamente vinculado al agua, en tanto que éste se convirtió en un factor de selección de asentamientos humanos, que a la postre derivaron en el desarrollo de centros urbanos y agropecuarios.
a) Nutrición de plantas
b) Formación de suelo c) Evapotranspiración
d) El agua del suelo junto a los nutrientes forman la solución del suelo.
e) El agua controla en un alto grado dos factores importantes para el desarrollo de plantas: el aire y la temperatura del suelo.
VÍNCULOS ENTRE LA POBLACIÓN Y EL AGUA DULCE
Fuente: World Conservation Union (Iucn), (1996), PRB and USAID.
DISTRIBUCIÓN DE LAS RESERVAS DE AGUA DULCE SOBRE EL GLOBO TERRESTRE
Fuente: SHIKLOMANOV, I. A. (1996).
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL MUNDO
Fuente: LEAN, G. y HINRICHSEN, D.
(1994).
En total sólo un
centésimo del uno por ciento del suministro de agua del mundo se considera fácilmente accesible para uso
humano.
ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA
La molécula del agua tiene un átomo de oxígeno y 2 de H.
El H tiende a ionizarse al perder su único electrón y formar iones H; que son
protones ya que el H no tiene neutrones.
El H se une covalentemente al oxígeno al compartir su único electrón con éste ( ya que al oxígeno requiere electrones extra para formar el octeto).
AGUA METABÓLICA
En un entendimiento básico el agua participa como materia prima para la síntesis de compuestos orgánicos; como solventes en el que se producen reacciones vitales; como medio para que los solutos pasen de una célula a otras; como fuente de turgencia en las células vegetales.
Los tejidos de las plantas varían en cuanto a su contenido de agua.
Las que crecen activamente varía entre 85 – 95%, en las semillas 5 – 10%, facilita la división celular.
En la fotosíntesis actúa como dónate de hidrógeno para reducir el anhídrido carbónico y formar hidratos de carbono, con la eliminación del oxígeno. En el caso de la fotosíntesis el consumo del anhídrido carbónico aumenta con la cantidad de agua disponible en la planta; mientras que el exceso de agua dificulta la respiración y la fotosíntesis.
PROPIEDADES DEL AGUA
La importancia del agua en los organismos vivos resulta de sus exclusivas propiedades físicas y químicas. Una sustancia con el peso molecular del agua debería existir a temperatura de ambiental en forma de gas y tener un punto de congelación a -100°C.
Sin embargo el agua a temperatura ambiental es líquida y su punto de congelación es O °C.
PROPIEDADES DEL AGUA
El agua es un compuesto muy peculiar. A diferencia de los hidruros de no metales (H2S, o el NH3), que son gases a temperatura ambiente, el agua es liquida. La razón de ello y de la mayoría de las propiedades poco corrientes del agua es que sus moléculas son polares y forman puentes de hidrogeno entre si; esto ocasiona un aumento en las temperaturas de fusión y ebullición.
Se denomina cohesión a la tendencia de las moléculas a permanecer unidas por los puentes de hidrogeno. Esta es la razón de por que las columnas finas de agua en los vasos xilemáticos pueden ascender sin romperse hasta la cima de un árbol; la cohesión imprime a la columna una tensión muy alta.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS
El agua es inodora, incolora e insípida, es decir, no tiene un olor propio, no tiene color ni sabor. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.
Solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos sólidos, acuosos y gaseosos conocidos.
Polaridad, las moléculas de agua son muy polares, puesto que hay una gran diferencia electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno.
La cohesión, es la propiedad por la que las moléculas de agua se atraen entre sí. Debido a esta interacción se forman cuerpos de agua por adhesión de moléculas de agua, las gotas.
Adhesión, el agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.
Tensión superficial, por la propiedad de cohesión, el agua tiene una gran atracción entre las moléculas de su superficie, creando tensión superficial. La superficie del líquido es capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua aún siendo más densos que esta.
Capilaridad, es la propiedad de ascenso, o descenso, de un líquido dentro de un tubo capilar. Esto se debe a sus propiedades de adhesión y cohesión.
Calor específico del agua, se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un °C, a un gramo de agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/K•g.
Densidad del agua líquida, es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión.
Evaporación, es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial.
TRANSPORTE
En el caso de la nutrición mineral, el agua constituye el medio por el cual los solutos entran en la planta y fluye por todos los tejidos. Al permitir la solución y la ionización dentro de la planta, aumenta considerablemente la reactividad química.
De toda el agua que se absorbe por la raíz se utiliza sólo la centésima parte, ejemplo la papa absorbe 150L, sólo utiliza 1.5 L para su constitución, el esto lo pierde por transpiración.
TERMORREGULADOR
Contribuye a mantener constante la temperatura de los sistemas biológicos. El agua no sólo evita el calentamiento rápido de los organismos, sino también el enfriamiento rápido. El agua en forma sólida es menos densa comparada con la forma líquida; es una ventaja para la vida acuática, permite la vida a profundidad. Es importante para la apertura de los estomas y los movimientos de las hojas, pétalos, un cantidad insuficiente reduce el crecimiento vegetativo.
TENSIÓN SUPERFICIAL
• La tensión superficial es una medida de la resistencia que ofrecen los líquidos a la rotura de su superficie
• Los puentes de H confieren al agua una tensión superficial relativamente alta, lo que significa que tiene un grado de resistencia más o menos alto a la formación de gotas.
ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN
La fuerte atracción que ejerce el suelo en las moléculas de agua
Agua no disponible para las plantas
CAPILARIDAD
• La capilaridad es una propiedad del agua que se debe tanto a la adsorción como a la tensión superficial provocada por la cohesión.
• Cuando se introduce un capilar, o tubo fino, (ver figura) en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente.
• El agua se adhiere a la
superficie del capilar ascendiendo como un continuo, producto de la cohesión entre las moléculas del agua.
POTENCIAL HÍDRICO (Ψ)
El agua en estado líquido es un fluido, cuyas moléculas se hallan en constante movimiento. La movilidad de estas moléculas dependerá de su energía libre, es decir de la fracción de la energía total que puede transformarse en trabajo.
La magnitud más empleada para expresar y medir su estado de energía libre es el potencial hídrico (Ψ).
El Ψ se mide en atmósferas, bares, pascales y megapascales, siendo 0,987 atm = 1 bar = 0,1 Mpa. A una masa de agua pura, libre, sin
interacciones con otros cuerpos, y a presión normal, le corresponde un Ψ igual a 0.
El Ψ está fundamentalmente determinado por la presión y por la
actividad del agua. Esta última depende, a su vez, del efecto osmótico, presencia de solutos, y del efecto matricial, interacción con matrices sólidas o coloidales.
El Ψ se puede expresar en función de sus componentes:
Ψ = Ψp + Ψo + Ψm
El Ψp, potencial de presión, es nulo a presión atmosférica, positivo para sobre presiones por encima de la atmosférica, y negativo en condiciones de tensión o vacío.
El Ψo, potencial osmótico, representa la disminución de la capacidad de desplazamiento del agua debido a la presencia de solutos.
El Ψm, potencial matricial, representa el grado de retención del agua, debido a las interacciones con matrices sólidas o coloidales, puede valer cero, si no hay interacciones, o ser negativo.
El Ψ en los seres vivos es siempre negativo o 0.
El agua se mueve de forma espontánea desde una zona de potencial hídrico grande a una zona con el potencial menor, independientemente de la causa que provoque esta diferencia.
Figura. Los tres factores que normalmente determinan el potencial hídrico son (a) la gravedad, (b) la presión, y (c) la concentración de solutos en una disolución. El agua se mueve desde la región con mayor potencial hídrico a la región con menor potencial hídrico, sea cual sea la causa de esta diferencia de potencial.
En la célula vegetal el agua está presente en la pared celular y en el protoplasto (principalmente en la vacuola).
Los flujos de entrada y salida de agua del protoplasto dependerán de la relación que exista entre su Ψ y el Ψ del medio externo.
Si Ψ interno = Ψ externo : equilibrio dinámico; no hay flujo neto.
Si Ψ interno > Ψ externo: habrá una salida neta de agua del protoplasto, pudiéndose alcanzar el estado de plasmólisis.
Si Ψ interno < Ψ externo: hay una entrada neta de agua y, en consecuencia, un aumento de volumen del protoplasto, alcanzándose el estado de turgencia
Potencial hídrico en el sistema suelo- planta-atmósfera. El vapor más negativo de Ψ se encuentra en la atmósfera. En la planta existe un gradiente, siendo el potencial más
negativo en las hojas y menos negativo en las raíces, donde Ψ se aproxima al del suelo.
Figura. (a) Célula vegetal turgente. La vacuola central es hipertónica en relación al fluido que le rodea y, por lo tanto, entra agua (Ψ interno < Ψ externo). La expansión de la célula
depende del trabajo que hace la pared contrarrestando la tendencia al ensanchamiento. (b) Una célula vegetal empieza a marchitarse cuando se coloca en una disolución isotónica y el agua ya no presiona para entrar en la vacuola (Ψ interno = Ψ externo). (c) La célula en una disolución hipertónica pierde agua hacia el medio externo y, por lo tanto, se colapsa,
separándose la membrana plasmática de la pared celular (Ψ interno > Ψ externo). En ese momento se dice que ocurre la plasmólisis.
Modelo de la estructura de una membrana. La matriz lipídica consiste en una doble capa de lípidos con las cabezas polares hacia el agua y con las colas hidrofóbicas hacia la otra capa de lípidos. Las proteínas globulares de la membrana pueden estar total o parcialmente incluídas en la matríz lipídica, y están orientadas con las partes hidrofílicas hacia el agua y las partes hidrofóbicas incluídas en la matriz lipídica.
DIFUSIÓN Y ÓSMOSIS
Presión osmótica (Ψ ).- Es la presión que ejerce el jugo celular contra las membranas semipermeables, cuanto mayor sea la concentración de solutos en el jugo celular mayor presión osmótica va ejercer.
Presión de turgencia.- Es la presión ejercida por la pared celular sobre el jugo celular, esa presión de la pared celular permite la salida de agua en forma de vapor.
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.
Tales fuerzas resultan de la atracción externa de gases y gravitación. De esta manera, el potencial total del agua del suelo es la suma de la acción independiente de esos factores.
El suelo es un sistema poroso formado de infinidad de partículas sólidas de diferentes tamaños y composición química.
Los espacios que dejan estas partículas están ocupados en parte por aire y por agua.
En el potencial hídrico del suelo el componente que más influye es el potencial matricial debido a las fuerzas de adsorción que aparecen en las superficies de contacto entre las partículas del suelo y el agua capilar.
POTENCIAL OSMÓTICO EN CÉLULA VEGETAL
Se clasifica por la concentración de soluto que contiene la solución celular y que definirá su marcha vital y desarrollo, se detalla:
Solución hipotónica
Ocurre cuando la concentración del soluto de la solución externa es menor que la solución del jugo celular, entonces el agua se difundirá de afuera hacia el interior. Con una fuerza determinada que depende de la concentración de la solución.
Ψo -1.5 Ψo -0.5
Solución externa tiene menor presión osmótica que el líquido intracelular.
Ocurre cuando la célula en una solución cuyo potencial osmótico
externa, es igual a la del jugo celular, no hay movimiento de agua y la célula es flácida o carece de turgencia.
Ψo-0.5
Ψo-0.5 La solución externa y la
intracelular tienen igual concentración.
SOLUCIÓN HIPERTÓNICA
Se propicia cuando la solución externa es más concentrada que el jugo celular, entonces el agua se difundirá hacia el exterior,
originando la plasmólisis
Ψo -0.5 Ψo -1.5
La diferencia de
concentraciones provoca la concentración del protoplasto.
