Baixe Botanica_v2_06.pdf e outras Notas de aula em PDF para Botânica, somente na Docsity!
Botânica
As plantas e a água
O principal objetivo deste capítulo é explicitar a relação existente entre a água e o funcionamento dos vegetais. Para tanto vamos: ∙ Compreender como a água se encontra no solo e como ocorre sua entrada na raiz das plantas; ∙ Compreender o processo de transporte da água no xilema da planta; ∙ Compreender os princípios básicos da teoria da tensão-coesão e o papel da transpi- ração nesse processo; ∙ Identificar as animações de internet como instrumentos interessantes para abordar a fisiologia vegetal em sala de aula, uma vez que permitem visualizar de forma dinâmica os processos envolvidos.
6
RedeFor
Aula 6 As plantas e a água 81
Introdução
O transporte de água e minerais à longa distância nas angiospermas ocorre nos ele- mentos condutores do xilema, que se estendem da raiz às folhas. Pelas células da raiz, a água penetra nos elementos condutores e sai pela folha, sob a forma de vapor d'água, através da superfície das células do mesófilo, para os espaços intercelulares. Quando os estômatos estão abertos, o vapor d'água se difunde dos espaços intercelulares saturados e vai para a atmosfera, em um processo chamado transpiração. A perda de água pela transpiração é, então, reposta pela água que é absorvida nas raízes. Assim funciona, na prática, o transporte de água nas plantas. Mas, e na teoria, você já parou para pensar como a água chega à copa das árvores? As maiores árvores do mundo, como as sequoias e eucaliptos, podem medir mais de 120 metros de altura!
Como é possível que ocorra essa movimentação, que desafia a gravidade e outras leis da física?
Apenas para efeito de comparação, o desafio já é grande nas girafas, animais que podem medir até 6 metros de altura; entretanto, elas dispõem de uma bomba natural – o coração, capaz de gerar pressões intravenosas extraordinárias. Nas plantas, não existe qualquer tipo de bombeamento, então, novamente perguntamos:
Como pode a água percorrer 120 metros de altura contra a gravidade?
Fig. 6.1 Girafas / Fonte: Thinkstock/CEPA
Fig. 6.2 Pinheiros / Fonte: Thinkstock
Fig. 6.3 (a) Girafa se alimentando (b) O tamanho da sequoia em relação ao homem em sua base / Fonte: Thinkstock
RedeFor
Aula 6 As plantas e a água 83
Outra propriedade, a adesão , refere-se à capacidade das moléculas da água de se ligarem a outras moléculas também polares, como a parede interna dos elementos do xilema ou aos microporos (capilares) do solo, por exemplo. Quando o conteúdo de água do solo decresce, pela evaporação ou pela absorção radicular, a interface ar-água se contrai, criando uma pressão negativa. Essa pressão é responsável pela diminuição do potencial hídrico do solo.
Assim, a absorção de água pelas raízes ocorre devido a uma diferença de potencial hídrico entre o solo e a raiz, de modo que a água se mova de uma região de menor pressão (solo) para uma região com maior pressão (córtex da raiz). No solo, o movimento de água é primariamente dirigido por pressão: quando a água é removida do solo pelas raízes, a tensão da água do solo puxa mais água de áreas adjacentes, em um movimento do tipo de fluxo de massa , que consiste no movimento concertado de grupos de molé- culas, em massa, em resposta à aplicação de uma força exterior, como a pressão, e só é possível graças à coesão entre as moléculas de água.
Entrada de água na raiz
Além da diferença de potencial entre solo e raiz, a entrada da água na planta é facilitada pela presença dos pelos radiculares. Após ter penetrado na raiz, através dos pelos radiculares, a água necessita atravessar o córtex em direção ao cilindro vascular, de onde será distribuída ao restante da planta. Durante esse trajeto, a água e os íons contidos nela podem percorrer uma ou mais das três rotas possíveis:
1. Rota apoplástica – a água move-se exclusivamente pelas paredes celulares, sem atravessar quaisquer membranas. 2. Rota transmembrana – a água passa do protoplasto de uma célula para o proto- plasto de outra adjacente, tendo, nesse caso, de atravessar duas vezes a membrana plasmática de cada célula (na entrada e na saída).
O potencial hídrico é uma medida da energia livre (capacidade de realizar trabalho) da água por unidade de volume. A água pura possui o mais alto poten- cial hídrico, que equivale a zero. Adicionando-se solutos a essa água, a energia livre é diminuída e o potencial hídrico cai, assumindo um valor negativo. Outros fatores que podem diminuir o potencial hídrico são a pressão (como comentado anteriormente) e a força da gravidade. No solo ou nas plantas, a água sempre vai se mover de um local com maior potencial hídrico (mais perto de zero) para outro com menor potencial (mais negativo). É importante ressaltar que esse é um processo passivo, resultado da ação de forças físicas: não existem “bombas” que empurrem a água de um lugar para outro.
Fig. 6.6 Planta com flores e raiz visível / Fonte: Thinkstock
RedeFor
(^84) Botânica
3. Rota simplástica – a água move-se do protoplasto de uma célula para o protoplasto de outra. Entretanto, não atravessa nenhuma membrana; a movimentação ocorre pelos plasmodesmas, que são canais revestidos por membrana, que atravessam as paredes celulares, comunicando células adjacentes.
Transporte no xilema
Tendo alcançado o cilindro vascular, a água (e solutos associados) penetra as células do xilema , que é o tecido especializado na sustentação e condução das plantas vascula- res. Quando comparada à complexidade do transporte no córtex da raiz, a via no xilema parece muito simples, pois oferece pouca resistência ao fluxo. Isso se deve, em grande parte, à presença de células altamente especializadas na condução de fluidos. Dentro desses vasos, que formam um sistema de tubos interconectados ao longo de todo o corpo da planta, da raiz às folhas, é que ocorre a maior parte do transporte de água no vegetal. Em uma planta com 1 metro de altura, por exemplo, aproximadamente 99,5% do transporte da água ocorre no xilema e, em árvores mais altas, o movimento no xilema pode representar uma porcentagem ainda maior. Esse movimento de ascensão é possível, além da diferença de potencial hídrico e da coesão já citadas, graças à adesão das moléculas da água às paredes dos vasos, que cria uma força suficientemente grande para sustentar a coluna de água ascendente por vários metros contra a gravidade. A adesão é resultado da formação de pontes de hidrogênio entre molé- culas polares da água e da parede interna dos vasos, sendo responsá- vel, por exemplo, pela ascensão de líquidos em tubos capilares, um fenômeno conhecido como capilaridade.
Assista à animação sobre o transporte da água, que está disponível no mural de ativi- dades. Essa animação é um recurso didático interessante que você pode utilizar em suas aulas no Ensino Médio. Uma dica é apresentá-la sem som e você mesmo dar as explicações à medida que a animação vai ocorrendo.
Acesse o link para ver a ani- mação em 3D sobre o trans- porte da água pelo xilema: http://www.youtube.com/ watch?v=Ir9bm3fli
Fig. 6.7 Ilustração da raiz absorvendo água. / Fonte: Thinkstock
RedeFor
(^86) Botânica
Um dos compostos fundamentais para a realização da fotossíntese pela planta é o gás carbônico. Com a abertura dos estômatos para sua captação, ocorre concomitantemente uma inevitável perda de água, fenômeno conhecido como transpiração (veja a seguir os fatores que afetam a abertura estomática). Principalmente durante o dia, a planta perde con- tinuamente água em forma de vapor para o ambiente através dos estômatos. Isso acontece porque o ar que circunda as folhas possui concentração de água menor que a do mesófilo foliar, ou seja, o potencial hídrico geralmente é menor na atmosfera: como resultado, a planta perde água das folhas para o ar por difusão. Mais de 90% da água absorvida pela planta é devolvida para o ambiente em forma de vapor através dos estômatos, fazendo com que uma única planta possa absorver até centenas de litros de água diariamente. No momento em que se evapora a água da superfície das paredes celulares das células do mesófilo, que delimitam a câmara subestomática, uma tensão é gerada. Essa tensão é resultado da perda de água dessas células, que as torna hipertônicas (diminui seu potencial hídrico). Como resultado, a água move-se entre células adjacentes, das células do tecido condutor até alcançar as células do mesófilo foliar, em um processo contínuo. Essa movi- mentação é possível graças à coesão das moléculas de água que as mantém unidas, mesmo sob forte pressão, formando uma verdadeira “coluna d'água” no interior da planta. Podemos dizer então, que a transpiração é o fenômeno responsável pelo estabelecimento de um gradiente de potencial hídrico, que se propaga do mesófilo foliar até as células do xilema, chegando finalmente às raízes. O estabelecimento desse gradiente é fundamental para que haja o movimento da água ao longo do solo-planta-atmosfera, que encontra nas propriedades físicas da água (coesão, adesão e tensão) aliados de fundamental importância.
Abertura e fechamento dos estômatos
Muitos fatores estão relacionados à abertura e fechamento dos estômatos, de modo a regular a taxa de transpiração. Entre eles, podemos citar o estresse hídrico, a concentra- ção de CO 2 , a temperatura e a luz. O estresse hídrico é, sem dúvida, o fator que mais influencia no processo de fechamento estomático. Quando o turgor da célula diminui abaixo de um ponto crítico, a abertura
Essa teoria é chamada de teoria da coesão-tensão , tendo sido primeiro esta- belecida pelo botânico irlandês Henry Horatio Dixon. Atualmente, é a teoria mais aceita como modelo universal de transporte de água e solutos no xilema.
Fig. 6.10 (a) Sedum sp. (Crassulaceae) / Fonte: Thinkstock (b) Ananas sp. ( Bromeliaceae ) / Fonte: Thinkstock (c) Cactos ( Cactaceae ) / Fonte: Thinkstock
a b
c
RedeFor
Aula 6 As plantas e a água 87
dos estômatos torna-se menor. Quando há, por exemplo, um aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera ou quando a temperatura no ambiente ultrapassa a marca dos 30°C, a tendência dos estômatos é a de se fecharem. A taxa de transpiração provocada pela evaporação da água dobra a cada 10°C.
A umidade relativa do ar também é um fator importante, já que a planta promove essa eliminação muito mais lentamente em uma atmosfera saturada de vapor d'água. Da mes- ma forma, uma brisa seca pode também favorecer a evaporação da água pela folha. De maneira geral, na maioria das espécies, os estômatos abrem-se durante o dia e fecham-se durante a noite, mesmo sem haver alteração no balanço hídrico. Logo no início da manhã, a presença de luz favorece a abertura estomática e, à noite, o escuro estimu- la o fechamento. Essa abertura e fechamento só são possíveis graças às características morfológicas diferenciadas das células-guarda. A parede dessas células apresenta um espessamento típico, mais pronunciado nas proximidades do poro estomático: quando a célula fica túrgida , a parede anticlinal afastada do poro dilata-se, retraindo a parede que delimita o poro que se abre. Ao contrário, quando as células perdem a turgescência, as paredes anticlinais das células-guarda voltam à sua posição normal, fechando o poro. Assim, podemos dizer que tanto a forma quanto a função dos estômatos atuam como elementos complementares. Entretanto, para que essa movimentação aconteça, há processos fisiológicos específicos envolvidos. Na presença de um solo seco, o hormô- nio ácido abscísico (ABA) é produzido pelas raízes e transportado até as folhas através do xilema. A ligação do ABA a receptores na membrana plasmática da célula-guarda promove a abertura de canais de K+^ e Cl–^ , que saem de dentro da célula-guarda por difusão. Essa saída diminui o potencial osmótico do interstício, fazendo com que a água acompanhe os íons, movimentando-se por osmose. Como resultado, diminui a pressão de turgor das células-guarda, o que causa o fechamento do poro estomático (ostíolo). No momento em que o sinal do ABA é removido, as células-guarda transportam os íons K+^ e Cl–^ de volta para o interior da célula, utilizando um gradiente eletroquímico gerado por uma bomba de prótons. Dessa forma, um potencial osmótico mais negativo é restabeleci- do dentro das células-guarda. A água entra por osmose e o aumento resultante da pressão de turgor provoca a abertura dos poros estomáticos.
Muitas plantas de clima quente têm a tendência de fechar os estômatos por volta do meio-dia para evitar uma intensa desidratação. Muitas variedades de plantas suculentas, como os cactos, o abacaxi ( Ananas comosus ) e representantes da famí- lia Crassulaceae , promovem a abertura estomática durante a noite, quando as condi- ções são mais favoráveis para evitar a transpiração. Essa característica fisiológica pecu- liar lhes confere uma vantagem adaptativa para viverem em climas secos.
Fig. 6.11 (a) Folhas expostas ao sol. / Fonte: Thinkstock (b) Folhas à noite. / Fonte: Thinkstock
RedeFor
Aula 6 As plantas e a água 89
Envio de Texto
1. Pesquise na internet animações sobre qualquer tópico de fisiologia vegetal. 2. Escolha a que você achar mais interessante. Sua escolha deve considerar se a anima- ção está conceitualmente correta e didaticamente apropriada. 3. Elabore um pequeno texto, apresentando: ∙ Link da animação que escolheu; ∙ Justificativa da escolha do material; ∙ Uma proposta de como utilizar tal animação durante uma aula de fisiologia vegetal.
Fórum Sua participação nessa atividade é optativa! Convidamos todos os cursistas a construírem, coletivamente, um banco de animações sobre fisiologia vegetal. Para isso, aqueles que quiserem devem postar o material escolhi- do na atividade fórum desta aula e comentá-lo.
Referências bibliográficas
HOPKINS, W. Introduction to Plant Physiology. 2nd^ ed. New York: John Wiley, 1999. NANUZA et al. Apostila de anatomia e morfologia de plantas vasculares – IBUSP. RAVEN, P.H.; EVERT, R.F.; EICHHORN, S.E. Biologia vegetal. 6ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. SUTCLIFFE, J. As plantas e a água. EPU, 1980. (Coleção Temas de Biologia) TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2004.
Material complementar
1. Esta é uma interessante proposta de experimento para ser feita em sala de aula com os alunos, abordando o tema “Por onde a água sobe?” Acesse o link para conhecê-la: http://pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=250&POR+ON DE+A+AGUA+SOBE 2. Como sabemos, os tecidos vegetais têm três dimensões. E, para explicar melhor para os seus alunos a estrutura do interior das plantas, utilize o modelo tridimensional do artigo: http://www.scielo.br/pdf/rbb/v29n2/a15v29n2.pdf
Atividades
