Relação Solo-Planta-Atmosfera e Absorção de Água

Relação Solo-Planta-Atmosfera e o Sistema Hídrico

A relação solo-planta-atmosfera (S-P-A) do sistema hídrico funciona a favor do ΔΨw. Primeiramente, ocorre a transpiração na planta, que é a perda de H₂O na forma de vapor para a atmosfera, devido à diferença de potencial hídrico (Ψ) entre a planta e a atmosfera: o Ψw da atmosfera é menor que o Ψw da planta. Portanto, o ar exerce uma força de sucção sobre a planta. A transpiração só acontece devido à absorção da água pelas raízes e o transporte dessa água ocorre pelo xilema até a parte aérea.

A absorção da H₂O do solo pelas raízes ocorre devido ao menor Ψw da planta em relação ao solo. A velocidade de transporte de H₂O nesse sistema varia de acordo com os componentes do Ψw:

• Permeabilidade: característica física controlada pelo tamanho, que não varia com o tempo e fatores ambientais (parede celular).
• Seletividade: característica da célula controlada metabolicamente e que varia com o tempo e condições ambientais (o nitrogênio (N) é absorvido até o ponto que a planta precisa).

Energia Livre (EL) é a energia de um sistema qualquer que está disponível para realizar trabalho a temperatura e pressão constantes. O potencial químico (μ) da H₂O é a sua energia livre por mol de água para realizar trabalho em um sistema aquoso.

Ψw é a capacidade de o sistema considerado realizar trabalho, comparado com aquela em uma quantidade comparável de H₂O pura, em estado padrão - capacidade das moléculas de H₂O em executar um trabalho/movimento.

Osmose: movimento de H₂O de um local de maior energia livre para outro de menor energia livre, através de membrana com permeabilidade seletiva. ATPases expulsam H⁺, fazendo com que entre na célula K⁺ e Cl^-.

Equação de Donnan: é um processo que explica a movimentação de íons sem gasto de energia e, portanto, difusivo para que ocorra o equilíbrio da membrana quando cargas elétricas de macromoléculas não conseguem atravessar. No equilíbrio de Donnan, o movimento de íons poderá ocorrer contrário ao potencial químico, mas a favor do eletroquímico e, portanto, sem gasto de energia.

Quando a transpiração é nula ou muito baixa, a saída de H₂O ocorre por gutação. A H₂O vai do interior das folhas para a superfície, pelos hidatódios (porção terminal do feixe vascular). Tal processo ocorre de noite, uma vez que não ocorre transpiração, pois os estômatos estão fechados. Ocorre por pressão da raiz, que se dá quando há o aumento de disponibilidade de H₂O no solo, o que promove o acúmulo de íons no xilema da raiz.

A transpiração ocorre com o intuito de resfriamento da planta, já que a mesma necessita estar exposta ao sol para que possa realizar a fotossíntese. Para obter um grande nível de realização de fotossíntese, a planta necessita do máximo de luz solar, mas em algumas horas do dia a luz solar causa aquecimento dessa planta, e é através da absorção e transpiração de H₂O que a planta se mantém em uma temperatura ideal para continuar realizando seus processos metabólicos. Além disso, em épocas de seca, a planta pode fechar seus estômatos para não perder H₂O, com isso, reduzindo a fotossíntese.

A abertura dos estômatos ocorre devido ao acúmulo, no vacúolo, de K⁺, Cl^-, malato e sacarose, que são moléculas que provocam diminuição no Ψ osmótico das células-guarda (CG), causando absorção de H₂O por essas células, trazendo como consequência um aumento do turgor e da pressão hidrostática e, consequentemente, abertura estomática (osmorregulação). Já o fechamento estomático ocorre com a perda de soluto pelas células-guarda, resultando num aumento do Ψw, fazendo com que saia H₂O dessas células e diminua a pressão de turgor e consequente relaxamento de suas paredes.

Quanto maior a disponibilidade de H₂O no solo, maior o Ψw do solo, aumentando o ΔΨw entre o solo e a planta e, como consequência, ocorre maior absorção de H₂O nas raízes. No caso da salinidade, ocorre o inverso: diminuição do Ψw com o aumento da salinidade e redução da absorção de H₂O pelas raízes. Quanto maior a temperatura, maior o Ψw do solo (o bombeamento de seiva é maior em período de chuva acumulada, maior umidade do solo e maior incidência de radiação solar). Em relação à aeração, está diretamente relacionada com a capacidade de retenção (consequente absorção) de H₂O. Exemplo: solo argiloso, alta capacidade de absorção; solo arenoso, baixa capacidade de absorção.

A teoria quimiosmótica diz que o bombeamento dos íons H⁺ polariza a membrana, que para ser despolarizada permite a passagem de outro íon de fora para dentro. Corresponde à fase ativa da absorção iônica, pois através dela há um gasto de energia para a entrada e saída de íons da membrana. A teoria é fundamental para entender os mecanismos de absorção de íons.

Difusão é o movimento de substâncias devido à sua agitação térmica ao acaso, de regiões de alta energia livre (alta concentração) para regiões de baixa energia livre (baixa concentração). Movimento orientado de uma substância qualquer em função do movimento cinético de suas partículas. Em temperatura constante, esse movimento ocorre de local de maior potencial químico para o de menor.

Teoria de Mitchell: as membranas dos cloroplastos, vacúolos, mitocôndrias e plasmodesmos das células das raízes possuem ATPases ligadas com orientação definida que catalisam reações vetoriais, isto é, os seus produtos assumem direções contrárias.

A absorção ocorre através da força do ΔΨ, podendo ser através do fluxo de massa ou difusão. Essa absorção vai depender também do tipo de solo onde a planta se encontra (argiloso ou arenoso) e as características desse solo (capacidade de campo (CC) ou ponto de murcha permanente (PMP)). O transporte de H₂O na planta pode ser via apoplasto, simplasto e transmembrana para transportes em curta distância.

• Via apoplástica: ocorre movimento de H₂O entre as paredes celulares das células do córtex da raiz.
• Via simplástica: ocorre movimento de H₂O entre as células pelos plasmodesmos.

Ambos os movimentos destas vias possuem baixa resistência ao movimento de H₂O e basta haver um pequeno ΔΨ para ocorrer o movimento.

• Via transmembrana: a H₂O atravessa a membrana celular, o tonoplasto e a parede celular. Esta via possui maior resistência ao movimento de H₂O, logo é necessário mais energia para ocorrer o movimento.

Além disso, há o transporte em longas distâncias, que pode ser através da capilaridade e pressão de raiz.

• Capilaridade: é a ascensão de uma coluna d'água como resultado da interação entre a superfície de contato de líquido e sólido, ela depende do raio radicular.
• Pressão de raiz: é a pressão hidrostática positiva da raiz. As raízes absorvem íons e os transportam para dentro do xilema, ocorrendo um acúmulo de íons no xilema e reduzindo o Ψs e Ψw do xilema. Esta diminuição do Ψw produz a força que impulsiona a absorção de H₂O. Essa entrada de H₂O, por sua vez, produz uma pressão positiva no xilema, provocando a ascensão da seiva. Essa pressão radicular necessita de uma maior disponibilidade de H₂O no solo e na atmosfera.