Relaciones Hídricas en Plantas

Tema 2. Relaciones Hídricas

• Este tema cubre aspectos como la importancia del agua para las plantas, el concepto de potencial hídrico, la absorción y transporte de agua, la transpiración y la economía hídrica, junto con las adaptaciones de las plantas a diferentes condiciones de humedad.

El Agua y la Planta

• La vida está intrínsecamente ligada al agua, especialmente en su estado líquido.
• Las propiedades físicas y químicas únicas del agua son esenciales para los seres vivos.

Características del Agua

• La disposición espacial de los tres átomos en la molécula de agua resulta en polaridad, facilitando la disolución de otras sustancias en agua.
• Actúa como un medio excepcional para reacciones, permitiendo que las moléculas se muevan, colisionen y reaccionen químicamente.
• Su alto calor específico contribuye a la estabilidad térmica de los sistemas complejos y a la regulación térmica de los seres vivos.
• Posee un elevado calor latente de vaporización, lo que significa que se necesita mucha energía para separar las moléculas de agua de la fase líquida a la gaseosa, manteniendo la temperatura constante.
• La cohesión y tensión superficial del agua son altas debido a los puentes de hidrógeno entre las moléculas.
• Una molécula de agua tiene carga total neutra, pero la distribución asimétrica de electrones la hace polar.
• Los enlaces de hidrógeno que forman entre moléculas de agua adyacentes son aproximadamente 1/20 de la fuerza de un enlace covalente.
• Las moléculas de agua se unen transitoriamente a través de enlaces de hidrógeno, formando una red.

El agua en la planta

• El agua constituye el componente mayoritario de las plantas, representando entre el 80-90% del peso fresco en plantas herbáceas y más del 50% en las leñosas.
• Afecta directa o indirectamente a la mayoría de los procesos fisiológicos.
• Las plantas necesitan mucha más agua que los animales de peso comparable.
• Más del 90% del agua absorbida por las raíces se libera al aire en forma de transpiración.
• La transpiración es una consecuencia necesaria de la apertura de los estomas para la captación de dióxido de carbono para la fotosíntesis.
• Una sola planta de maíz requiere entre 160-200 litros de agua para crecer hasta la cosecha.
• Una hectárea sembrada con maíz puede consumir casi 5 millones de litros de agua por estación.
• El agua es un disolvente esencial para sales inorgánicas, azúcares y aniones orgánicos.
• El agua líquida facilita la difusión y el flujo masivo de solutos, esenciales para el transporte y distribución de nutrientes y metabolitos.
• El agua en las vacuolas de las células vegetales ejerce presión sobre el citoplasma y la pared celular, manteniendo la turgencia en hojas, raíces y otros órganos.

Concepto de Potencial Hídrico

• La cantidad de agua presente en un sistema (la planta) es útil, pero no permite determinar la dirección de los intercambios entre partes de la planta o entre la planta y el suelo.

Potencial Hídrico

• El agua en estado líquido es un fluido con moléculas en movimiento constante.
• La movilidad depende de la energía libre, es decir, la fracción de energía total que puede transformarse en trabajo.
• El potencial hídrico (Ψ) es la magnitud utilizada para expresar y medir este estado de energía libre.
• Se mide en atmósferas, bares, pascales y megapascales (0.987 atm = 1 bar = 0.1 MPa).
• El agua pura, sin interacciones y a presión normal, tiene un Ψ de 0.
• El potencial hídrico está determinado por la presión y la actividad del agua, que a su vez depende del efecto osmótico (solutos) y del efecto matricial (interacciones con matrices sólidas o coloidales).
• Los componentes del potencial hídrico son la presión (Ψp), el osmótico (Ψo) y el matricial (Ψm): Ψ = Ψp + Ψo + Ψm.
• La temperatura influye en el potencial hídrico, pero frecuentemente se omite al considerarla constante
• Un aumento de temperatura tiene un efecto positivo y una reducción, tiende a disminuirlo.
• El potencial hídrico de los seres vivos es siempre negativo.
• El potencial de presión (Ψp) es nulo a presión atmosférica, positivo en sobrepresiones y negativo en tensión o presión negativa.
• El potencial osmótico (Ψo) es la reducción en la capacidad de desplazamiento del agua debido a la presencia de solutos.
• El aumento de la concentración de soluto hace a Ψo más negativo; el agua se mueve de áreas de baja a alta concentración de soluto.
• Ψo es 0 para el agua pura.
• El potencial matricial (Ψm) es el grado de retención del agua debido a interacciones con matrices sólidas o coloidales, puede ser cero o negativo.
• El concepto de potencial hídrico es muy útil para predecir cómo se moverá el agua en diversas condiciones.
• El agua se mueve espontáneamente de zonas de mayor a menor potencial hídrico, independientemente de la causa de la diferencia.
• Un aumento de presión incrementa el potencial hídrico.
• En disoluciones, el potencial hídrico está afectado por la concentración de solutos; al aumentar la concentración, el potencial hídrico disminuye, y viceversa.
• Los movimientos o flujos de agua se producen a favor del gradiente de potencial hídrico, desde áreas de mayor hasta menor Ψ.
• El flujo de agua es proporcional a la diferencia de potencial hídrico y depende de las resistencias encontradas en el recorrido, dirigiéndose mayoritariamente a través de las zonas de menor resistencia.
• En la célula vegetal, el agua está presente en la pared celular y el protoplasto, principalmente en la vacuola.
• Los flujos de agua dentro y fuera del protoplasto dependen de la relación entre su Ψ y el del medio externo.
• Si Ψ interno = Ψ esterno : hay un equilibrio dinámico, y no hay flujo neto.
• Si Ψ interno > Ψ esterno : habrá una salida neta de agua del protoplasto, pudiendo alcanzar una plasmólisis.
• Si Ψ interno < Ψ esterno : hay una entrada neta de agua, aumentando el volumen del protoplasto, alcanzando su turgencia.
• La HR (Humedad Relativa) mide la relación entre la cantidad de vapor de agua presente en una masa de aire y la cantidad máxima de vapor que esa masa podría admitir a una temperatura determinada: HR = (V / V₀) x 100.
• El suelo es un sistema poroso formado por partículas sólidas de diferentes tamaños y composición química.
• El espacio entre las partículas es ocupado por aire y agua.
• En el Ψ del suelo, el componente más influyente es Ym debido a las fuerzas de adsorción que surgen del contacto entre las partículas del suelo y la del agua

Absorción del Agua y Transporte

• La absorción de agua implica su desplazamiento desde el suelo hasta la raíz, siendo la primera etapa del flujo hídrico en el sistema suelo-planta-atmósfera.
• La absorción de agua ocurrirá si Ψ en la raíz es menor que Ψ en el suelo.
• En una planta activa, existe una fase de agua líquida continua desde la epidermis de la raíz hasta las paredes celulares del parénquima foliar.
• El movimiento del agua desde el suelo al aire se explica por la existencia de gradientes de potencial hídrico a lo largo de la planta.
• El sistema radical sirve para sujetar la planta al suelo y encontrar grandes cantidades de agua.
• El agua entra por los pelos radicales, ubicados cerca de la caliptra, que poseen una alta relación superficie/volumen y se introducen en los poros del suelo.
• Desde los pelos radicales, el agua se mueve por la corteza, la endodermis (la capa más interna) y el periciclo, hasta alcanzar el xilema primario.
• El movimiento está causado por la diferencia de Ψentre la corteza y el xilema, y el camino está determinado por las resistencias.
• Hay dos caminos, el simplasto (protoplastos interconectados por plasmodesmos) y el apoplasto (paredes celulares y espacios intercelulares).
• El apoplasto presenta menor resistencia al agua que el simplasto
• El agua discurre principalmente por el apoplasto en la raíz, mojando las paredes y los espacios intercelulares.
• La endodermis es la capa más interna de la corteza y se caracteriza por tener células compactas con la banda de Caspary, la cual, impermeabiliza la pared celular.
• La banda de Caspary bloquea la vía apoplástica, forzando al agua a atravesar las membranas citoplasmáticas y los protoplastos, lo que representa una resistencia moderada
• Una vez que el agua alcanza el xilema de la raíz, asciende con iones y moléculas disueltas a través de los lúmenes de tráqueas y traqueidas.
• El agua se distribuye por las ramas y hojas hasta las terminaciones de xilema en el tejido foliar.
• El xilema está adaptado para el transporte ascendente de agua, y sus elementos conductores, carentes de protoplastos vivos en su madurez, forman conductos continuos.
• El xilema se compone de traqueidas, con punteaduras en sus paredes, y tráqueas, o elementos de los vasos, separados por perforaciones.

El Ascenso Del Agua en la Planta

• Un mecanismo que explica este concepto es la cohesión-adhesión-tensión.
• En condiciones de transpiración intensa, el agua en el xilema está sometida a tensión (presión negativa).
• Las paredes secundarias, gruesas y lignificadas de las tráqueas y traqueidas resisten esta tensión.
• Mantener la transpiración hace que el Ψ de la raíz se mantenga en valores más bajos que el del suelo, de modo que el agua se absorberá espontáneamente.
• Se necesita que la columna del agua esté contínua para que la tensión genereda en el xilema se transmita hasta la raiz.
• Las fuerzas de cohesión que attraen a las moléculas de agua, mantienen unida esta columna.
• Adhesión es la interacción entre las moléculas de agua y una superficie (una pared celular, por ejemplo).
• Las fuerzas de adhesion y la cohesion son relevantes en el ascenso del agua.

Transpiración

• Es la pérdida de agua en forma de vapor, a través de las distintas partes de la planta y fundamentalmente por los estomas de las hojas.
• Los estomas está formados por dos células guarda u oclusivas, un poro entre ambas y un aparato estomático.
• La transpiración está ligada con la fotosíntesis.
• Es necesario que la fotosíntesis se de para el crecimiento de plantas.
• Tanto la absorción del dioxído de carbono como la pérdida por transpiración, están unidas inseparablemente en la plantas verdes.
• La acumulación de vapor de agua que se produce en la atmósfera de los espacios intercelulares del mesófilo foliar, rara vez sucede en el aire exterior. Por lo que el vapor de agua se mueve desde el interior al exterior, siguiendo el gradiente de potencial hídrico.
• Por todas estas razones, el proceso de transpiración es la fuerza clave para el movimiento del agua.
• El Ψ de la atmósfera está determinado por la HR del aire.
• Dicha HR, depende de la temperatura, de modo este Ψ de la atmósfera, generá valores muy bajos y flujos muy grandes por la planta, si el ambiente es seco.
• EL factor condicionante de la transpiracicón, es la abertura de los estomas.

Consecuencias de la transpiración

• CUando los estomas están abiertos, la planta pierde agua por transpiración, pero a su vez co2 atmosférico, de modo que se pueda dar la fotosíntesis, que produce su desarrollo. Es la fotosíntesis, el coste de este proceso.
• El balance térmico de la hoja, se realiza mediante la absorción del agua y gasta la energia que procede del calor latente, de este modo, el calor no hace mella en la planta, que se mantendría a temperaturas no compatibles con los sistemas enzimáticos.
• la transpiración además, mantiene la tensión, que hace que los nutrientes puedan ser distribuidos a todas las hojas.

Economía Hídrica y Adaptaciones

• La productividad de las plantas depende tanto de la cantidad de agua disponible como del uso eficiente que la planta haga de ella.
• El suelo es el principal intercambiador, por lo que su estado hídrico es importante para dicho sistema. La falta de agua (sequía) y el exceso (encharcamiento) condicionan el estado hídrico .
• La falta de agua condiciona tanto morfologías como la fisiología o el ciclo de vida.
• Para hacer frente a los periodod de sequía, existen mecanismos de resistencia:

1. Retraso de la desecación (como mantener los tejidos hidratados) 2)Tolerancia a la desecación (poder continuar con las funciones biológicas en estado de sequía)
2. Escape a la sequía (Que el ciclo biológico se produzca en una etapa húmeda, con anterioridad a la sequía)

Adaptaciones

• Microfila. Reductión del tamaño de las hojas
• Crasicidad. Se da en estalos y hojas. Produce acumulación de agua
• CUtícila gruesa. Para disminuir la transpiración.
• Desarrollo de extenos sistemas radiculares
• • Abscisión foliar. Pedida de las hojas durante la sequía
• Cierre de estomas durante el déficit hídrico.
• Metabolismo del carbono CAM
• El ajuste osmótico . Se acumulan solutos, para bajar el potencial hídrico de la raíz y que la absorción sea más sencilla
• E agua demasiado abundante, produce que los suelos no tengan oxígeno, lo que denominamos Hipoxia (cuando hay oxígeno del suelo inferior al óptimo), o Anoxia (carencia total de oxígeno del suelo).
• La falta de óxigeno hace que no se produzca la respiració oxigénica y se produzcan procesos fermentativos, que hacen que salga etanol y finalmente el sistema radicular muera.

Adaptaciones a la anoxia

• Formación del aeréquima en raíz o tallo.
• El aeréquima es un tejido con gran número de espacios intercelulares.
• Sirve para difundir el oxígeno de la parte área a las raíces.
• Ejemplos: maíz y arroz

Este tema abarca la importancia del agua para las plantas, el potencial hídrico, la absorción y el transporte. Se discuten la transpiración, la economía hídrica y adaptaciones a la humedad. Se explora las propiedades del agua y su rol en la vida.