Sistema de Absorção de Água em Plantas: Caminhos; Mecanismo e outros detalhes

Sistema de Absorção de Água em Plantas: Caminhos; Mecanismo e outros detalhes!

As plantas têm a potencialidade de absorver água em toda a sua superfície diretamente da raiz, caule, folhas, flores, etc. No entanto, como a água está disponível principalmente no solo, apenas o sistema radicular subterrâneo é especializado para absorver água. As raízes geralmente são extensas e crescem rapidamente no solo.

Nas raízes, a região mais eficiente de absorção de água é a zona dos pêlos radiculares. Cada zona de pelos radiculares possui milhares de pêlos radiculares. Pêlos radiculares são especializados para absorção de água. Eles são excrementos tubulares de 50-1500 μm (0, 05-1, 5 mm) de comprimento e 10 nm de largura.

Cada raiz do cabelo tem um vacúolo central preenchido com seiva celular osmoticamente ativa e um citoplasma periférico. A parede é fina e permeável com substâncias pécticas na camada externa e celulose na camada interna. Os pêlos radiculares passam para os microporos capilares, são cimentados nas partículas do solo por compostos pécticos e absorvem a água capilar.

Caminhos dos Movimentos da Água nas Raízes:

Existem dois caminhos de passagem de água dos pêlos radiculares para o xilema dentro da raiz, apoplasto e simploplast.

(i) Caminho de Apoplasto:

Aqui a água passa do pêlo radicular ao xilema através das paredes das células intervenientes sem atravessar qualquer membrana ou citoplasma. O caminho fornece a menor resistência ao movimento da água. No entanto, é interrompido pela presença de tiras casparianas de lignosuberina impermeáveis ​​nas paredes das células endodérmicas.

ii) Caminho Symplast:

A água passa de célula para célula através de seu protoplasma. Não entra em vacúolos celulares. Os citoplasmas das células adjacentes são conectados através de pontes chamadas plasmodesmas. Para entrar em symplast, a água tem que passar por plasmamalma (membrana celular) pelo menos em um lugar. É também chamado de via transmembrana. O movimento simplástico é auxiliado pelo fluxo citoplasmático de células individuais. É, no entanto, mais lento que os movimentos apoplásticos.

Ambas as vias estão envolvidas no movimento através da raiz. A água flui através do apoplasto no córtex. Ele entra na via de simploplastia na endoderme, onde as paredes são impermeáveis ​​ao fluxo de água devido à presença de tiras casparianas.

Aqui, apenas os plasmodesmos são úteis para permitir a passagem da água para o periciclo de onde ela entra no xilema. Os nutrientes minerais também têm o mesmo caminho que o da água. No entanto, sua absorção e passagem para o symplast ocorre principalmente através da absorção ativa. Uma vez dentro do xilema, o movimento é puramente ao longo do gradiente de pressão.

Absorção de Água Micorrízica:

Em micorrizas, um grande número de hifas fúngicas está associado às raízes jovens. As hifas fúngicas se estendem até uma distância suficiente no solo. Eles têm uma grande área de superfície. As hifas são especializadas para absorver água e minerais.

Os dois são entregues à raiz, que fornece ao fungo ambos os açúcares e compostos contendo N. A associação micorrízica entre fungos e raízes é frequentemente obrigatória. Sementes de pinus e orquídeas não germinam e se estabelecem em plantas sem associação micorrízica.

Mecanismo de Absorção de Água:

A absorção de água é de dois tipos, passiva e ativa (Renner, 1912, 1915).

1. Absorção de Água Passiva:

A força para este tipo de absorção de água se origina nas partes aéreas da planta devido à perda de água na transpiração. Isto cria uma tensão ou baixo potencial de água de várias atmosferas nos canais do xilema. A criação de tensão nos canais de xilema da fábrica é evidente a partir de:

(i) Uma pressão negativa é comumente encontrada na seiva do xilema. É por causa disso que a água não sai se um corte é dado a um tiro.

(ii) A água pode ser absorvida por uma parte aérea mesmo na ausência do sistema radicular.

(iii) A taxa de absorção de água é aproximadamente igual à taxa de transpiração.

Os pêlos radiculares funcionam como minúsculos sistemas osmóticos. Cada raiz do cabelo tem uma fina parede celular permeável, um citoplasma semipermeável e uma seiva celular osmoticamente ativa presente no vacúolo central. Por causa desta última, uma célula capilar raiz tem um potencial de água de -3 a -8 bar.

O potencial hídrico da água no solo é de –1 a –3 bars. Como resultado, a água do solo passa para a célula ciliada das raízes. No entanto, a água não passa para o seu vacúolo. Em vez disso, ele passa para o apoplasto e simploplastia de células corticais, endodérmicas e periciclo e penetra nos canais do xilema passivamente devido ao baixíssimo potencial hídrico devido à tensão sob a qual a água está presente neles, causada pela transpiração nas partes aéreas. Existe um gradiente de potencial hídrico entre os canais de células ciliadas radiculares, células corticais, endodérmicas, periciclo e xilema, de modo que o fluxo de água não seja interrompido.

2. Absorção de Água Ativa:

É a absorção de água devido às forças presentes na raiz. Células vivas em condição metabólica ativa são essenciais para isso. Sabe-se que as auxinas aumentam a absorção de água (mesmo da solução hipertônica), enquanto os inibidores respiratórios reduzem o mesmo.

Portanto, a energia (da respiração) está envolvida na absorção ativa de água. A absorção de água do solo e seu movimento interno podem ocorrer devido à osmose. A passagem de água das células vivas para os canais do xilema pode ocorrer por:

(i) Acúmulo de açúcares ou sais nos elementos traqueais do xilema devido à secreção pelas células vivas vizinhas ou deixados lá durante o decaimento de seus protoplastos.

(ii) Desenvolvimento de potencial bioelétrico favorável ao movimento de água em canais xilários.

(iii) bombeamento ativo de água pelas células vivas circundantes em elementos traqueais.

Subida do Sap:

Seiva é água com ingredientes dissolvidos (minerais). O movimento ascendente da água das raízes até as pontas dos ramos do caule e suas folhas é chamado de ascensão da seiva. Ocorre através dos elementos traqueais do xilema. Que a subida da seiva ocorre através do xilema pode ser comprovada por teste de mancha e experiência de toque.

Teorias da Ascensão do Sap:

Água ou seiva é levantada de perto da ponta da raiz até a ponta do broto, contra a força da gravidade, às vezes até a altura de 100 metros. A taxa de translocação é de 25 a 75 cm / minuto (15 a 45 m / h). Várias teorias foram apresentadas para explicar o mecanismo de ascensão da seiva. As três principais teorias são força vital, pressão de raiz e tensão de coesão.

1. Teoria da Força Vital:

Uma teoria comum da força vital sobre a ascensão da seiva foi apresentada por JC Bose (1923). É chamado teoria da pulsação. A teoria acredita que as células corticais mais internas da raiz absorvem a água do lado externo e bombeiam a mesma para os canais do xilema.

No entanto, as células vivas não parecem estar envolvidas na subida da seiva à medida que a água continua a subir na planta em que as raízes foram cortadas ou as células vivas do caule são mortas por veneno e calor (Boucherie, 1840; Strasburger, 1891).

2. Teoria da Pressão da Raiz:

A teoria foi apresentada por Priestley (1916). A pressão da raiz é uma pressão positiva que se desenvolve na seiva do xilema da raiz de algumas plantas. É uma manifestação de absorção de água ativa. A pressão da raiz é observada em certas estações, o que favorece a atividade metabólica ideal e reduz a transpiração.

É máximo durante a estação chuvosa nos países tropicais e durante a primavera em habitats temperados. A quantidade de pressão da raiz comumente encontrada nas plantas é de 1-2 bar ou atmosferas. Valores mais altos (por exemplo, 5-10 atm) também são observados ocasionalmente. A pressão da raiz é retardada ou se torna ausente em condições de inanição, baixa temperatura, seca e disponibilidade reduzida de oxigênio. Existem três pontos de vista sobre o mecanismo de desenvolvimento da pressão da raiz:

(i) osmótica:

Os elementos traqueais do xilema acumulam sais e açúcares. Alta concentração de soluto provoca a retirada de água das células vizinhas, bem como da via normal de absorção de água. Como resultado, uma pressão positiva se desenvolve na seiva do xilema.

ii) Electro-osmótica:

Existe um potencial bioelétrico entre os canais de xilema e as células circundantes que favorecem a passagem de água para eles.

(iii) não-cosmético:

Os elementos diferenciadores do xilema produzem hormônios que funcionam como dissipadores metabólicos e causam o movimento da água em direção a eles. As células vivas ao redor do xilema podem bombear ativamente a água para dentro delas.

Objeções à teoria da pressão da raiz:

(i) A pressão da raiz não foi encontrada em todas as plantas. Nenhuma ou pouca pressão na raiz foi vista nas gimnospermas que têm algumas das árvores mais altas do mundo.

(ii) A pressão da raiz é vista apenas durante os períodos mais favoráveis ​​de crescimento, como a primavera ou a estação chuvosa. Neste momento, a seiva do xilema é fortemente hipertônica à solução do solo e a taxa de transpiração é baixa. No verão, quando as necessidades de água são altas, a pressão da raiz é geralmente ausente.

(iii) A pressão da raiz normalmente observada é geralmente baixa, a qual é incapaz de elevar a seiva até o topo das árvores.

(iv) A água continua subindo para cima, mesmo na ausência de raízes.

(v) As plantas que transpiram rapidamente não apresentam nenhuma pressão na raiz. Em vez disso, uma pressão negativa é observada na maioria das plantas.

(vi) A pressão da raiz desaparece em condições ambientais desfavoráveis ​​enquanto a ascensão da seiva continua ininterrupta.

(vii) A pressão da raiz é geralmente observada à noite quando a evapotranspiração é baixa. Pode ser útil para restabelecer cadeias de água contínuas no xilema, que muitas vezes quebram sob enorme tensão criada pela transpiração.

3. Teorias da Força Física:

Essas teorias consideram as células mortas do xilema responsáveis ​​pela ascensão da seiva. Teoria Capilar de Boehm 1863, Teoria da Imbibição de Unger 1868 e Teoria da Coesão-Tensão de Dixon e Joly 1894 são poucas teorias físicas. Mas a teoria da coesão-tensão (também chamada de teoria da tração da transpiração coesão-tensão) de Dixon e Joly é a mais amplamente aceita.

Teoria da tensão de coesão (teoria de tração de coesão-tensão e transpiração):

A teoria foi apresentada por Dixon e Joly em 1894. Foi melhorada por Dixon em 1914. Portanto, a teoria também é nomeada em sua homenagem como a teoria da ascensão da seiva de Dixon. Hoje, a maioria dos trabalhadores acredita nessa teoria. As principais características da teoria são:

(a) Coluna Contínua de Água:

Há uma coluna contínua de água da raiz através do caule e nas folhas. A coluna de água está presente nos elementos traqueais. Os últimos operam separadamente, mas formam um sistema contínuo através de suas áreas não espessas.

Como há um grande número de elementos traqueais correndo juntos, o bloqueio de um ou de alguns deles não causa nenhuma quebra na continuidade da coluna de água (Scholander, 1957). A coluna de água não cai sob o impacto da gravidade porque as forças da transpiração fornecem energia e força necessária. Coesão, adesão e tensão superficial mantêm a água no lugar.

(b) Coesão ou Resistência à Tração:

As moléculas de água permanecem ligadas umas às outras por uma forte força mútua de atração chamada força de coesão. A atração mútua é devida às ligações de hidrogênio formadas entre as moléculas de água adjacentes. Por causa da força de coesão, a coluna de água pode suportar uma tensão de até 100 atm (Mac Dougal, 1936). Portanto, a força de coesão também é chamada de resistência à tração.

Seu valor teórico é de cerca de 15000 atm, mas o valor medido dentro dos elementos traqueais varia entre 45 atm e 207 atm (Dixon e Joly, 1894). A coluna de água não quebra mais sua conexão dos elementos traqueais (vasos e traqueídes) por causa de outra força chamada força de adesão entre suas paredes e moléculas de água. As moléculas de água são atraídas umas pelas outras mais do que as moléculas de água no estado gasoso. Produz tensão superficial que representa alta capilaridade através de traqueídeos e vasos.

(c) Desenvolvimento de tração de tensão ou transpiração:

Os espaços intercelulares presentes entre as células do mesofilo das folhas estão sempre saturados com vapores de água. Estes últimos vêm das paredes úmidas das células do mesofilo. Os espaços intercelulares do mesofilo estão conectados ao ar externo através dos estômatos. O ar externo raramente é saturado com vapores de água.

Tem um potencial hídrico menor do que o ar úmido presente no interior da folha. Portanto, os vapores de água se difundem das folhas. As células do mesofilo continuam perdendo água para os espaços intercelulares. Como resultado, a curvatura do menisco mantendo a água aumentada, resultando em aumento da tensão superficial e diminuição do potencial hídrico, às vezes até -30 bars.

As células mesofílicas retiram a água das células mais profundas à medida que suas moléculas são mantidas juntas por ligações de hidrogênio. As células mais profundas, por sua vez, obtêm água dos elementos traqueais. A água nos elementos traqueais estaria, portanto, sob tensão. Uma tensão semelhante é sentida em milhões de elementos traqueais adjacentes às células transpirantes. Isso faz com que toda a coluna de água da planta fique sob tensão. Como a tensão se desenvolve devido à transpiração, também é chamada de transpiração. Por causa da tensão criada pela transpiração, a coluna de água da planta é puxada passivamente de baixo para o topo da planta como uma corda.

Evidências:

(I) A taxa de absorção de água e, portanto, a ascensão da seiva segue de perto a taxa de transpiração. Atirar anexado a um tubo com água e mergulhar em um béquer com mercúrio pode causar o movimento de mercúrio no tubo mostrando a tração da transpiração.

(ii) Em um galho cortado de uma planta que transpira rapidamente, a água se separa da extremidade cortada, mostrando que a coluna de água está sob tensão.

(iii) A tensão máxima observada na coluna de água é de 10-20 atm. É suficiente puxar a água para o topo das árvores mais altas, com mais de 130 metros de altura. A tensão não pode quebrar a continuidade da coluna de água, já que a força coesiva da seiva de xykm é de 45 a 207 atm.

(iv) As gimnospermas estão em desvantagem na ascensão da seiva devido à presença de traqueídeos em vez de vasos em angiospermas. No entanto, o xilema traqueoide é menos propenso à gravidade sob tensão. Portanto, a maioria das árvores altas do mundo são sequóias e coníferas.

Objeções:

(i) Os gases dissolvidos na seiva formarão bolhas de ar sob tensão e alta temperatura. As bolhas de ar quebrariam a continuidade da coluna de água e parariam a subida da seiva devido à tração da transpiração.

(ii) Uma tensão de até 100 atm foi relatada na seiva do xilema por Mac Dougal (1936) enquanto a força coesiva da seiva pode ser tão baixa quanto 45 atm.

(iii) Os cortes sobrepostos não param a ascensão da seiva, mas quebram a continuidade da coluna de água.

Absorção Mineral por Raízes:

As plantas obtêm seu suprimento de carbono e a maior parte de seu oxigênio do CO ₂ da atmosfera, o hidrogênio da água, enquanto o restante são minerais que são captados individualmente do solo. Minerais existem no solo como íons que não podem atravessar diretamente as membranas celulares.

A concentração de íons é cerca de 100 vezes maior no interior das raízes do que no solo. Portanto, todos os minerais não podem ser passivamente absorvidos. O movimento de íons do solo ao interior da raiz é contra o gradiente de concentração e requer um transporte ativo. Bombas de íons específicas ocorrem na membrana dos pêlos das raízes.

Eles bombeiam íons minerais do solo para o citoplasma das células epidérmicas dos pêlos radiculares. Energia é fornecida pela ATP. Inibidores respiratórios, como o cianeto, que inibem a síntese de ATP, geralmente reduzem a captação de íons. A pequena quantidade que passa para a raiz, mesmo sem ATP, deve ser através de uma técnica passiva.

Para o transporte ativo, as ATPases estão presentes sobre as membranas plasmáticas das células epidérmicas da raiz. Eles estabelecem um gradiente de prótons eletroquímico para fornecer energia para o movimento de íons. Os íons são novamente verificados e transportados para o interior por proteínas de transporte presentes sobre as células endodérmicas.

A endoderme permite a passagem de íons para dentro, mas não para fora. Também controla a quantidade e o tipo de íons a serem passados ​​para o xilema. O fluxo de íons para dentro do epumema para o xilema é ao longo do gradiente de concentração. A coleção de íons no xilema é responsável pelo gradiente de potencial hídrico na raiz que auxilia na entrada osmótica da água e sua passagem ao xilema. No xilema, os minerais são transportados junto com o fluxo da solução de xilema. Nas folhas, as células absorvem os minerais seletivamente através de bombas de membrana.

Translocação de Íons Minerais na Planta:

Embora seja geralmente considerado que o xilema transporta nutrientes inorgânicos enquanto o floema transporta nutrientes orgânicos, o mesmo não é exatamente verdade. Na seiva do xilema, o nitrogênio viaja como íons inorgânicos, assim como a forma orgânica de aminoácidos e compostos relacionados.

Pequenas quantidades de P e S são passadas no xilema como compostos orgânicos. Há também troca de materiais entre o xilema e o floema. Portanto, os elementos minerais deixam passar o xilema na forma inorgânica e orgânica.

Eles alcançam a área de sua pia, ou seja, folhas jovens, desenvolvendo flores, frutos e sementes, meristemas apicais e laterais e células individuais para armazenamento. Minerais são descarregados em finas terminações de veias através da difusão. Eles são captados pelas células através da absorção ativa.

Há remobilização de minerais das partes mais velhas da senescência. O níquel tem um papel proeminente nessa atividade. As folhas senescentes enviam muitos minerais como nitrogênio, enxofre, fósforo e potássio. Elementos incorporados em componentes estruturais não são, no entanto, remobilizados, por exemplo, cálcio. Os minerais remobilizados tornam-se disponíveis para jovens folhas em crescimento e outras pias.