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Espacio curricular FISIOLOGIA VEGETAL
POTENCIAL QUIMICO Y
POTENCIAL AGUA A NIVEL CELULAR
UNIDAD TEMATICA 4
Absorción y movimiento del agua en la planta: Potencial químico y potencial
agua. Componentes del potencial agua celular. El xilema, estructura y
composición de la solución xilemática. Factores que inciden sobre el traslado.
Factores que afectan la absorción del agua. La absorción vinculada a la
transpiración. Relación suelo - planta - atmósfera. Presión radical y gutación.
Transpiración. Mecanismo estomático. Factores que afectan la apertura y cierre
de estomas. Factores que afectan la transpiración. Medición. Eficiencia hídrica.
Significado de la transpiración en los vegetales y su importancia desde el punto
de vista ecofisiológico.
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POTENCIAL QUÍMICO
En un sistema biológico cada componente (agua,
iones, solutos no electrolitos, macromoléculas, etc.)
contribuye parcialmente a la E. libre del sistema (E.
libre de Giggs) y se define como Potencial químico :i
del componente i, a la contribución de ese
componente a la E. Libre del sistema expresado por:
dG
µi = ( )T .P.nj ≠ i
dn
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POTENCIAL QUIMICO DEL AGUA
o Potencial hídrico
Es el trabajo que habría que suministrar a una unidad
de masa de agua “ligada” al suelo o a los tejidos de una
planta, para llevarla de este estado de unión a un estado
de referencia, correspondiente al del agua pura (agua
“libre”) a la misma temperatura y presión atmosférica.
La capacidad de las moléculas de agua para
moverse en un sistema particular se define como
potencial hídrico (R), que es una medida de la
energía libre del agua en el sistema.
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El potencial agua de referencia del agua pura es CERO
(0) por definición, por lo tanto todos los potenciales
agua que caracterizan al agua ligada son negativos (-),
puesto que sería necesario suministrar un trabajo para
llevar esta agua a un potencial cero.
El potencial agua se simboliza con la letra griega R
ψ=
µ − µº
V
La relación entre R y : es:
R , potencial hídrico de la muestra
:, potencial químico del agua en la muestra
:º, potencial químico de referencia del agua
V, Volumen molar del agua
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El potencial hídrico puede expresarse en función de
la presión de vapor de la atmósfera en equilibrio con
la de disolución acuosa, de forma que:
RT
e
ψ=
ln( )
V
eº
R, constante de los gases (8,31 J ºK-1 mol-1)
T, temperatura absoluta (ºK)
e y eº, la presión de vapor en la atmósfera y de
saturación, respectivamente.
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Si se mide el potencial hídrico del agua pura, el término
(e / eº) se hace 1 y el logaritmo de 1 es CERO, por lo
tanto el potencial agua del agua pura es CERO POR
DEFINICIÓN.
RT
e
ψ=
ln( )
V
eº
En muchos casos se suele utilizar indistintamente el
Volumen molar parcial (Vw) en cm3 mol-1y el volumen
molal parcial del agua. Esto se realiza para transformar
las unidades de E. en unidades de presión.
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UNIDADES
A nivel celular se utilizan las unidades de Megapascal
El Pascal (Pa) se define como la fuerza 1N/m2 y con
respecto a la presión atmosférica, es igual a 1.013.000 Pa,
número muy grande para usar en fisiología, por lo tanto
se usa la millonésima parte, el MPa
1 Mpa equivale a 10 bares o 9,87 atm de presión
Cuando se expresa la presión atmosférica en hectopascal
(Hpa) 1013 Hpa es equivalente a 1 atm de presión.
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El potencial hídrico caracteriza igualmente, el
estado del vapor en el aire, siendo función de
la Humedad Relativa. Por lo tanto puedo
conocer el estado hídrico de la atmósfera a una
temperatura dada en función de:
RT
HR
ψ=
ln(
)
100
V
R = 4,608 T ln HR/100 (fórmula para el cálculo)
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En un sistema particular, el potencial hídrico total es la
suma algebraica de varios componentes:
R = Rp + Rs + Rm + Rg
siendo:
Rp ,Rs , Rm, Rg : fuerzas de presión (+ ó -), osmótica (-),
mátrica (-) y gravitacional (+ ó -).
Componentes del potencial agua a nivel celular
Esta determinado fundamentalmente por el Rs y el Rp, el
Rm generalmente se desprecia en las relaciones hídricas
celulares, ya que los constituyentes moleculares son
similares. R = Rp + Rs + Rm , por lo tanto R = Rp +(- Rs)
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Ejemplo de
una célula
adulta,
función de la
vacuola,
variaciones
de los
potenciales
hídricos en
una célula
parcialmente
plasmolizada
y en el
equilibio
Fuente: Azcon Bieto y Talón 2003
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El potencial osmótico Rs es negativo y expresa el
efecto de los solutos en la disolución celular. La
concentración de sustancias osmóticamente activas en
la vacuola es idéntico a la presión osmótica del jugo
vacuolar.
En una célula vegetal, el Rs posee siempre valores negativos,
que varían con el volumen celular, siendo más próximo a cero
en células bien hidratadas. Esta relación es casi lineal (Fig. )
ψ s = − RTC s
Ecuación de van’t Hoff
para calculo de la Rs
Cs es la concentración de soluto expresada
como mol m-3 de disolvente.
El potencial osmótico del jugo celular es
aproximadamente – 1MPa, sustituyendo el
valor RT a 20 ºC en la ecuación (2437 J mol-1)
da una concentración total de solutos del jugo
celular de –(- 106 /2437)= 410 osmol m-3
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OSMOSIS
Se define como difusión a través de una membrana
semipermeable, causada por una ∆ de potencial
químico o φw.
El movimiento de agua a través de la membrana de un
osmómetro se puede reducir mediante la aplicación de
una presión mecánica a la solución, la que eleva el φw
en la solución y por ello se reduce el gradiente de φw
entre el interior y el exterior de la membrana. Cuando
en un osmómetro se establece un estado de equilibrio
de este modo, el exceso de presión aplicada a la
solución se denomina PRESIÓN OSMÓTICA.
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OSMOSIS
En sistemas biológicos se usa el término POTENCIAL
OSMÓTICO φS o π, que es igual al potencial hídrico
de una solución a la presión atmosférica y se le da
signo negativo.
Van`t Hoff (1887) descubrió la analogía entre las
leyes que rigen los fenómenos gaseosos y
osmóticos.
n
P *V = n * R * T ∴ π = − * R * T
V
De este modo el φS de una solución en dilución extrema es
numéricamente igual a la presión que las moléculas de soluto
ejercerían si estuvieran en estado gaseoso ocupando un volumen
igual al de la solución.
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OSMOSIS
Variaciones del
volumen celular
y de los componentes del
potencial agua y osmótico.
Fuente: Azcon Bieto y Talón 2003
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ESTADO HIDRICO DEL VEGETAL
Contenido hídrico (CH)
Expresado como % de
peso seco
Pf − Ps
CH =
× 100
Ps
Contenido Hídrico Relativo o
Pf − Ps
× 100
Contenido Relativo de Agua (CRA): CHR =
Pt − Ps
representa la cantidad de agua de un
El CRA varía
tejido en comparación con la que
0 < CHR <100
podría contener en hidratación
completa
El CRA se relaciona con el Déficit de Saturación Hídrica
CHR o CRA = 100 – DSH por lo tanto DSH + CHR = 100
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En síntesis:
CONTENIDO RELATIVO DE AGUA (CRA)
PF inicial - PS
*100
CRA =
PF turgencia máxima - PS
DÉFICIT DE SATURACIÓN (DS)
DS = 100 − CRA(%)
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La célula como osmómetro
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METODOS PARA MEDIR EL R
VOLUMÉTRICO: Se basa en la medida de los cambios
de las dimensiones lineales de las células cuando éstas
se colocan en soluciones de diferente φs.
GRAVIMÉTRICO: un tejido no gana ni pierde agua
cuando se lo coloca en una solución cuyo φs es igual a
φw de sus células. Por peso diferente concentración.
PRESIÓN DE VAPOR: Un tejido no pierde ni gana agua
por intercambio con el aire húmedo cuando la presión de
vapor del mismo corresponde al φw del tejido. Se utiliza el
método ideado por SPANNER (1951), utiliza el
enfriamiento que produce la evaporación del agua de la
junta de un termopar sensible.
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Fuente: Azcon Bieto y Talón 2003
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Fuente: Barcelo Coll y col. 1980
DENSITOMÉTRICO DE
CHARDAKOV:
Densidad de la
gota coloreada
de la solución
que intercambia
agua con el tejido
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METODOS PARA MEDIR EL φs
PLASMOLÍTICO: se sumergen trozos de tejidos en
solución con diferente concentración, se dejan 30 minutos,
se retiran y se observan al microscopio. Se considera que
el φs del jugo vacuolar es igual al φs de la solución
externa, en la que observamos el 50 % de células
plasmolizadas.
CRIOSCÓPICO: Se basa en una propiedad coligativa de
las soluciones, descenso crioscópico del punto de
congelación con respecto al agua pura.
Se utiliza el Crióscopo de Beckman (precisión 0,01 ºC).
1 solución 1 molal provoca un descenso de 1,86 ºC lo cual
equivale a 22,4 atm de presión.
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Bibliografía
• Manuel Sanchez-Días y Jone Aguirreolea. 2003.
El agua en la planta. Cap. 2 (p.17-30). In:
Fundamentos de Fisiología Vegetal. Azcon-Bieto
y Talon. Ed. McGraw-Hill. España.
• Barcelo Coll, J.; Nicolas Rodrigo, G.; Sabater
Garcia, B.y Sanchez Tames, R. 1992. Fisiología
Vegetal, 6a. Edición, Pirámide, Madrid. 662 p.
Cap. 3. Relaciones hídricas en la célula.
NOTA:
La presente guía didáctica fue elaborada por el profesor titular
de Fisiología Vegetal en base a la bibliografía de referencia, la
cual debe ser consultada por los alumnos.
F I N 1ra. Parte UT4
Cattleya free spirit Potinara
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