Água no Sistema Solo-Planta-Atmosfera

INTRODUÇÃO
A Água é um dos componentes mais impostante e essenciais para o ciclo vital. É de conhecimento que a água corresponda à 70~90% das plantas  herbáceas, 50% de caules lenhosos e 95% de frutos suculentos.
De forma suscinta, a água possui algumas atribuições no sistema metabólico vegetal e participa dos seguintes processos:

1. Atua como solvente universal;
2. Efeito tampão;
3. Reagente e produto da Fotossíntese;
4. Produto final da Cadeia de Transporte de Elétron (respiração aeróbia);
5. Reações de divisão e alongamento celular;
6. Processo de absorção e transporte de minerais.

ÁGUA NO SISTEMA SOLO-PLANTA-ATMOSFERA

A água possui capacidade de trabalho ou movimento, que é conferido pelas moléculas de águas. Este evento é denominado Potencial Hídrico e é mensurado pelo MPa ( Mega Pascal). Convencionou-se que o estado padrão da água seria zero, neste estado a água é pura, o que significa o máximo de trabalho/movimento possível pelas moléculas. O potencial hídrico da atmosfera, da planta e do solo é sempre menor que o potencial da água pura, sendo assim, seus valores sempre são menores que zero ( números negativos portanto).

POTENCIAL HÍDRICO NA PLANTA

O trabalho/movimento da água na planta, sofrerá influências de dois componentes: Potencial de Pressão e Potencial Osmótico. 

Potencial de Pressão é a força exercida pela molécula de água, ele posssui valores positivos e colabora no movimento da água.

Potencial Osmótico representa a concentração de soluto (sais) na água, e prejudica no movimento da água, uma vez que ocorre a interação da água com os sais, diminuindo assim a água livre para o movimento. São grandezas inversamente proporcionais: quanto mais soluto, menor é o potencial osmótico e menor é o potencial hídrico.

MOVIMENTO DA ÁGUA (E NUTRIENTES) NAS FOLHAS

Apesar da aparente impermeabilidade das folhas ( presença da cutina e da fina camada de cera), elas possuem pequenas cavidades que permitem a troca gasosa da folha com o meio externo, estas estruturas são os estômatos.

Célula-guarda confere abertura ao ostíolo: estômato aberto

Cerca de 90% da água perdida pela planta, acontece por meio da transpiração, a qual é possibilitada pela abertura dos estômatos. A planta repõe este déficit utilizando-se da absorção de água pela raiz e do transporte, via xilema, até as folhas. Este mecanismo do movimento da água do solo entrando para as radicelas, subindo pelo xilema até as folhas, será melhor explorado no próximo tópico, sem antes pincelar que este movimento depende da estrutura foliar (tamanho da folha e de raiz) e de propriedades da água (força de coesão por exemplo), e abordado também quais os fatores que influenciam a maior ou menor transpiração:

1. Temperatura da folha;
2. Umidade relativa do ar;
3. Ventos.

Vale explicar que a transpiração acontece porque a cavidade sub-estomática mantém-se com umidade de 100% (saturada) em contraposição da umidade relativa do ar sem atingir a saturação com vapor d'água.

Também é oportuno e válido explicar que o procedimento de molha da folha, acontece para diminuir a temperatura da folha e aumentar a umidade adjacente do ar.

MOVIMENTO NO CAULE

O movimento da água no xilema é devido ao gradiente de pressão gerado pela transpiração. O xilema é constituído por células mortas, que conferem rigidez, possuem paredes grossas e pequeno diâmetro.

                                                                             Anatomia Vegetal

Não sei quanto a vocês, mas neste momento abro um parêntese para recordar-me das aulas de Citologia, quanto ao xilema.

O xilema é constituído por quatro tecidos celulares:

Traqueídeos: São células alongadas, cilíndricas com numerosos poros. Possuem natureza impermeável.

Elementos de vaso: assim como os traqueídeos, são células mortas lignificados.

Fibras lenhosas: também são células mortas, alongadas e muito lignificadas. Sua principal função e suporte dos feixes do xilema.

Parênquima lenhoso: finalmente uma célula viva do xilema! e para tal servem como reservas.

                                                   Corte transversal mostrando os vasos xilémicos 

                 

MOVIMENTO DAS RAÍZES

Existem dois movimentos diferenciados que a água percorre até chegar ao vaso xilémico. O Apoplasto acontece do ambiente externo até a endoderme e caracteriza-se pelo movimento intercelular. O Simplasto éé o movimento da endoderme até o xilema e acontece entre células, via plasmodesmos.

                                                       Transporte Apoplasto e Simplasto

 A absorção de água é dependente dos seguintes fatores:

1. Temperatura (penso eu que seja porque a temperatura influencia na transpiração e esta é que vai proporcionar o gradiente que puxa o fluxo de água);
2. Oxigênio;
3. Salinidade ( penso que o potencial osmótico neste caso);
4. Presença de micorrizas (fungos associados com as raízes e que facilita a absorção de nutrientes).

Além destes fatores, cientistas acreditam, que a absorção de água é realizado, na grande maioria, por radicelas que possuam dias ou até mesmo horas de existência.

TRANSPIRAÇÃO (PERDA DE ÁGUA)

Transpiração é o processo pelo qual a água, em forma de vapor, sai da planta e vai para o ambiente externo. Este fato, a saída da água via estômatos, vai causar uma diminuição na quantidade de água presente na planta, sem diminuir ou aumentar a quantidade de solutos. No entanto, a concentração de soluto será aumentado, diminuindo o potencial osmótico (lembrem-se de que são grandezas inversas) e consequentemente diminuído o potencial hídrico. Isso vai ocorrer a nível celular. Este fato fará com que a água que está no xilema da folha, passe para a célula de menos potencial hídrico. Isso vai ocorrer do xilema da folha com o do caule, deste com o xilema da raiz, criando um movimento até chegar às radicelas, que também possuirá menos potencial hídrico comparativamente ao solo, então a água do solo será movimentada para o menor potencial hídrico, estimulando assim a transpiração. A intensidade da transpiração, irá acompanhar a variação de temperaturas.

GUTAÇÃO (PERDA DE ÁGUA)
A gutação é um mecanismo que as plantas utilizam, para continuar a absorver água, em condições de solo úmido, contendo altas concentrações de soluto, temperaturas amenas e ar úmido.
Acontece da seguinte maneira: íons do solo entram nas células das raízes ocasionando redução do potencial osmótico das células do xilema, o que diminui o potencial hídrico, criando assim o fluxo da água, no sentido ascendente. Como não ocorre o processo da transpiração, a perda de água é na forma líquida e não é pelos estômatos e sim pelos hidatódios.

     Gutação: perda de água líquida pelos hidatódios   

FORÇA PROPULSORA DO MOVIMENTO DA ÁGUA

A capacidade que o ar seco tem de reter vapor d'água é a força propulsora do movimento d'água. Isso quer dizer que quando a umidade relativa cai a baixo de 100% demando por água sobe.

DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO

É obtido o valor do potencial hídrico de uma planta através do método de bomba de Scholander.

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                                                           Bomba de Scholander

Este método consiste em colocar uma folha dendro de um recipiente hermético e que possua material resistente a ponto de aguentar a pressão exercida do gás inerte inserido gradativamente no cilindro. Neste  recipiente há apenas um orifício que se preza a deixar o pecíolo da folha no ambiente externo. Quando se observa a seiva saindo pelo pecíolo, a pressão marcada pelo manômetro é a mesma do potencial de pressão da seiva do xilema da folha. Como a pressão osmótica do xilema é considerada insignificante, o potencial de pressão é o mesmo do potencial hídrico da folha. Por meio da Bomba de Scholander, é possível a medição do estado hídrico diretamente na planta e não no solo, o que otimiza a gestão da irrigação.

Metabolismo Celular

O Metabolismo Celular é nome que referencia a todas as reações dos compostos orgânico e inorgânicos que ocorrem, de forma contínua, rápida e coordenada, entre  as diversas estruturas celulares, e que produzem transformações moleculares. 
O metabolismo envolve enzimas que irão catalizar células, o que virá de encontro com a função específica de gerar energia química, utilizando-se da degradação de compostos super energéticos. O metabolismo também possui a função de sintetizar e degradar biomoléculas de modo a atender as necessidades celulares.
Didaticamente o metabolismo pode ser dividido entre as reações de Síntese (Anabolismo) e Degradação (Catabolismo) que acorrem simultaneamente dentro da planta. É o metabolismo o responsável pelos processos fisiológicos, e consequentemente pela manutenção da vida do organismo vegetal.


O catabolismo é a reação de degradação, de quebra molecular. Ou seja, as moléculas que possuem diversos componentes, ao serem catalisadas sucessivas vezes, vão sofrer quebra nas ligações, transformando-se em unidades menores. Ao quebrar as ligações, ocorre o desprendimento da energia necessária para mantê-los juntos e esta energia poderá ser utilizado pela planta.  A forma comumente utilizada para armazenar energia é na forma de molécula transportadora, que são a Adenosina Trisfosfato (ATP) e o NADH (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo) e o NADPH (Nicotinamida Adenina Diclucleotídeo Fosfato). O ATP quando sofre ação da enzima ATPase , que a hidrolisa, a ATP perde a última ligação entre o grupo fosfato cedendo energia. O NADH e NADPH são os aceptores do hidrogênio energético.
O catabolismo é caracterizado como uma reação de exergônico, ou seja de armazenamento de energia.

Esquema resumido da respiração.

O anabolismo por sua vez, é o processo que utiliza-se moléculas ou unidades fundamentais que combinam-se entre si e ocorre a transformação em produto ou constituintes celulares que diferem em tamanho e estrutura. . No início do anabolismo é demandado energia para posteriormente, na transformação, gerar o armazenamento de energia na  forma de compostos químicos ricos em energia. 
Um exemplo de anabolismo é o processo da fotossíntese, que trocando por miúdos, é a fixação do CO2 utilizando-se de energia solar e água. O CO2 é fixado na planta na forma de glicose. Assim, quando o CO2 está na forma de glicose, diz-se que a energia luminoso, converteu-se em energia química. 

Esquema reduzido da fotossíntese

O metabolismo vegetal pode ser sintetizado com a seguinte figura:

Esquema resumido da metabolismo celular

ENERGIAS DO TIPO ATP, NADH E NADPH
A energia do ATP se encontra entre as ligações químicas do grupo fosfato. Sempre que uma célula necessite de energia, ocorrerá a ativação pela enzima ATPase, a qual irá quebrar a molécula de ATP, tranformando-o em ADP+P e liberando a energia para serem utilizadas nos processos demandantes de energia, como por exemplo as sínteses de materias celulares, absorção e transporte ativo, transferência de energia genética. O subproduto ADP+P é a forma do transporte de energia vazio, por assim dizer. Ele poderá ser regenerado, por meio da fosfatação, formando assim o ATP, que é o transportador carregado, como já expplicitado.
O transporte de energia, pode também utilizar-se pelas coenzimas NADH e NADPH, que transportarão átomos de hidrogênio ou elétrons, este tipo de transporte, por este tipo de molécula, será útil no processo de redução.
Vale ressaltar, que o transporte leva os do sub-produtos (energia nas ligações fosfato, átomos de hidrogênio ou elétrons) gerados no catabolismo em direção às reações de biossíntese, as quais demandam esta energia..

ENTÃO COMO OCORRE A REGENERAÇÃO DO ATP E DO NADPH?
Na fotossíntese a reconstituição do ATP e do NADPH, ocorre por meio da energia solar, a qual excita um pigmento (P), a um estado rico de energia(P*), ocorrendo um saldo positivo de energia, no qual poderá ser utilizado para reconstituir as moléculas transportadoras de energia (ATP, NADPH).
As moléculas aclorofiladas são incapazes de regenerar o ATP por meio da fotossíntese. Assim, a produção do ATP é possível usando-se compostos orgânicos energéticos transferidos da via fotossintética. Os compostos orgânicos sofrerão oxidação (respiração) transferindo elétrons através de transportadores intermediários até o oxigênio, este processo vai ocorrendo a liberação de energia, a qual será utilizada para reconstituir as moléculas transportadoras de energia (ATP, NADPH).

Fisiologia Vegetal

A Fisiologia Vegetal tem como escopo o estudo dos mecanismos e dos metabolismos que ocorrem dentro da Célula, e que contribuem para a planta como um todo. Como mecanismo e metabolismo pode-se entender Controle e Regulação dos processos vitais das plantas.
O estudo da Fisiologia Vegetal é importante, uma vez que o mesmo auxilia na adequação da melhor técnica a ser utilizar no campo, como por exemplo: espaçamentos, adubações e manipulação genética. O que vem a calhar com o que todos os pesquisadores do ramo almeijam: alta produtividade.