Galeria de mapas mentais Fisiologia Vegetal Capítulo 2 Metabolismo da Água
Fisiologia Vegetal, As plantas absorvem água do ambiente circundante, por um lado, e perdem continuamente água para o meio ambiente, por outro lado. O processo de absorção, transporte, utilização e perda de água pelas plantas é denominado metabolismo da água pelas plantas.
Editado em 2024-03-19 10:48:00A segunda unidade do Curso Obrigatório de Biologia resumiu e organizou os pontos de conhecimento, abrangendo todos os conteúdos básicos, o que é muito conveniente para todos aprenderem. Adequado para revisão e visualização de exames para melhorar a eficiência do aprendizado. Apresse-se e colete-o para aprender juntos!
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Capítulo dois metabolismo da água
conceito Por um lado, as plantas absorvem água do ambiente circundante e, por outro lado, perdem água continuamente para o meio ambiente. O processo de absorção, transporte, utilização e perda de água pelas plantas é denominado metabolismo da água pelas plantas.
Seção 1 O papel da água nas atividades da vida vegetal
Propriedades físicas e químicas da água relacionadas às atividades da vida vegetal
A água tem maior capacidade térmica específica
A água tem um alto calor de vaporização
A coesão, adesão e tensão superficial da água
Coesão: a atração intermolecular entre moléculas semelhantes
Adesão: a atração mútua entre a fase líquida e a fase sólida
A água é um bom solvente
A água é um líquido transparente
teor de água da planta
Teor de umidade = [(qualidade do material fresco - qualidade do material seco) / qualidade do material fresco] x 100%
Diferentes plantas têm diferentes conteúdos de água
Geralmente, o teor de água do tecido vegetal é de 75%-90%
O teor de água das plantas aquáticas pode chegar a 95%
O teor de água das plantas inferiores, como líquenes e musgos que crescem em ambientes áridos, é de apenas 5% a 7%.
Diferentes órgãos e tecidos da mesma planta têm diferentes conteúdos de água
Geralmente, órgãos e tecidos de crescimento vigoroso (como caules tenros, raízes jovens, folhas novas e frutos em desenvolvimento) têm um teor de água mais elevado, de 80% a 90%.
Órgãos e tecidos que tendem a envelhecer e ficar inativos apresentam menor teor de água, geralmente abaixo de 60%.
⛛O teor de umidade das sementes secas é de 10% ~ 14%
Os mesmos órgãos e tecidos têm diferentes conteúdos de água em diferentes estágios de crescimento.
As folhas apresentam alto teor de água durante o período de crescimento, mas o teor de água diminui após o crescimento e finalização.
O teor de umidade das sementes de cereais pode chegar a 90% nos estágios iniciais de desenvolvimento e cair para menos de 25% quando maduros.
A mesma planta cresce em ambientes diferentes com diferentes conteúdos de água.
As plantas que crescem em ambientes sombreados e úmidos têm maior teor de água do que as plantas que crescem em ambientes ensolarados e secos.
Ao longo do dia, as plantas geralmente apresentam maior teor de água pela manhã do que ao meio-dia e à tarde.
Quanto mais vigorosas forem as atividades vitais, maior será o teor de água.
O estado da água presente nas plantas
Água ligada refere-se à água que está fortemente ligada aos componentes celulares e não pode se mover livremente. O teor de água ligado é relativamente estável, não evapora facilmente e não atua como solvente nem participa de reações químicas.
Perto de partículas coloidais hidrofílicas
Adsorvido por componentes protoplasmáticos
Água livre refere-se à água que tem fraca adsorção aos componentes celulares e pode se mover livremente. O conteúdo de água livre muda e pode participar de diversas atividades metabólicas.
Fique longe de partículas hidrofílicas
Não adsorvido por componentes protoplasmáticos
Quando a relação água livre/água ligada é alta, o protoplasma celular está em um estado semelhante ao do sol, a planta tem um metabolismo forte, cresce rapidamente e tem fraca resistência ao estresse. tem baixa atividade metabólica, crescimento lento e é fraca na resistência ao estresse.
O papel da água nas atividades da vida vegetal
A água é o principal componente do protoplasma celular
A água desempenha um papel importante nas atividades fisiológicas das plantas
A água é um reagente metabólico
A água é o meio para transporte de materiais, absorção e reações bioquímicas
A água mantém o turgor celular e promove o crescimento
A água mantém as plantas em sua posição correta
A água tem um significado ecológico importante para a sobrevivência das plantas
Regulação da temperatura corporal das plantas pela água
Regulação da água no ambiente de vida das plantas
A transmitância de luz da água permite que as reações das plantas aquáticas que exigem luz ocorram normalmente
A necessidade fisiológica de água refere-se à água necessária para as atividades da vida vegetal e para a manutenção do equilíbrio hídrico nas plantas.
A necessidade ecológica de água refere-se à água necessária para regular o ambiente ecológico das plantas, utilizando as propriedades físicas e químicas da água.
*Seção 3 Absorção de água pelas raízes das plantas
A parte do sistema radicular que absorve água
As partes do sistema radicular que absorvem água estão principalmente na ponta da raiz, incluindo a coifa, zona meristemática, zona de alongamento e zona capilar radicular. Entre elas, a zona capilar radicular tem a maior capacidade de absorção de água.
A razão pela qual os pêlos radiculares têm forte capacidade de absorver água
Existem muitos pelos radiculares na área dos pelos radiculares, o que aumenta a área de absorção.
A camada externa da parede das células ciliadas da raiz é coberta com pectina, que é altamente pegajosa e hidrofílica, o que conduz à adesão às partículas coloidais do solo e à absorção de água.
O tecido condutor na área da raiz do cabelo é bem desenvolvido e tem pouca resistência ao movimento da água, por isso a transferência de água é rápida.
Como as raízes absorvem água
A água absorvida pelas raízes entra nos vasos através dos pelos radiculares, do córtex, da endoderme e das células do parênquima periciclo.
via apoplástica
Refere-se ao movimento da água através do apoplasto composto por paredes celulares, espaços intercelulares e vasos do xilema.
via simplasta
Refere-se ao movimento da água do citoplasma de uma célula para o citoplasma de outra célula através dos plasmodesmos.
via transmembrana
Refere-se à via de transporte da água através das membranas celulares
O mecanismo de absorção de água pelas raízes
Absorver água ativamente
O fenômeno da absorção ativa de água
Pressão raiz
A pressão da raiz é a pressão positiva no xilema
As raízes das plantas absorvem continuamente íons do solo e os transportam para a endoderme das raízes, fazendo com que os solutos nas células e vasos da estela aumentem e o potencial do soluto diminua. Quando o potencial hídrico na endoderme é inferior ao potencial hídrico do solo, a água no solo penetra do apoplasto externo através da endoderme até a estela e conduz ao longo do gradiente de potencial hídrico, onde a endoderme atua como uma membrana seletivamente permeável. Além disso, a parte superior do conduíte está aberta e não gera pressão, de modo que a coluna de água se move em direção à parte acima do solo sob a pressão ascendente, formando assim uma pressão de raiz.
Ferida
O sangramento é o fenômeno do fluido escapando das feridas das plantas.
A quantidade e composição do fluido da ferida podem ser usadas como medidas fisiológicas da raiz indicadores de atividade
Lesões e vômitos também podem comprovar a existência de pressão radicular.
Cuspir água
Cuspir é o fenômeno de gotículas de água transbordando dos buracos nas pontas ou bordas das folhas da planta.
Em um ambiente com umidade suficiente do solo, calor úmido e transpiração fraca, é fácil observar o fenômeno das plantas cuspindo água.
O fenômeno de cuspidor de água pode ser usado como um indicador da atividade fisiológica das raízes e da sobrevivência do transplante de culturas.
Mecanismo ativo de absorção de água
As plantas usam energia metabólica para absorver ativamente solutos externos, fazendo com que o potencial hídrico da solução na camada endotelial seja inferior ao potencial hídrico da solução externa. A água entra passivamente no cateter vindo de fora ao longo do gradiente de potencial hídrico.
Absorção passiva de água
A absorção de água pela raiz causada pela atração da transpiração é chamada de absorção passiva de água.
A atração da transpiração refere-se à força do gradiente de potencial hídrico gerado pela transpiração das folhas para fazer com que a água na planta suba.
Modo primário de planta, independente da atividade metabólica
A proporção de absorção ativa de água e absorção passiva de água
As plantas em transpiração, especialmente as árvores altas, absorvem água principalmente de forma passiva. A absorção ativa de água torna-se o principal método de absorção de água apenas durante a fase de muda, após as folhas das árvores não terem se expandido ou caído, e à noite, quando a taxa de transpiração é muito baixa. Além disso, se o potencial da água no solo estiver entre 0,2 e -0,1 MPa ou menos, a absorção activa de água será ineficaz, mas a absorção passiva de água ainda pode prosseguir até que a humidade do solo se aproxime do ponto de murcha permanente (cerca de 1,5 MPa as plantas não podem utilizar). a água no solo.
Condições do solo que afetam a absorção de água pelas raízes
Estado de umidade do solo
Estado físico da umidade do solo e sua disponibilidade
A água no solo pode ser dividida em água ligada, água capilar e água gravitacional de acordo com seu estado físico.
Água ligada refere-se à água adsorvida pelas partículas coloidais do solo. O potencial hídrico é inferior a -3,1 MPa e não pode ser utilizado pelas plantas.
Água gravitacional refere-se à água que não é adsorvida pelas partículas do solo e capilares após precipitação ou irrigação e pode vazar de cima para baixo sob a ação da gravidade. O potencial da água é superior a -0,01 MPa.
Água capilar refere-se à água retida nos capilares entre as partículas do solo. O potencial da água é de -3,10 ~ -0,01 MPa. É a principal fonte de água absorvida pelas plantas.
capacidade de retenção de água no solo
O indicador da capacidade de retenção de água no solo é a capacidade de água no campo
Refere-se ao teor de umidade do solo quando toda a água capilar e a água ligada são retidas após toda a água gravitacional do solo ser eliminada, expresso como a proporção de água em relação à massa de matéria seca do solo (%).
O potencial de água do solo é de 0,03 ~ 0,01 MPa Normalmente, quando o teor de umidade do solo é cerca de 70% da capacidade de água do campo, é mais adequado para cultivo e absorção de água pelas raízes.
Desempenho da planta na escassez de água no solo
Quando menos água é absorvida do que perdida, as células perderão a pressão de turgor e a planta murchará. Se a taxa de transpiração diminuir, as plantas murchas podem voltar ao normal, e esse murchamento é chamado de murchamento temporário.
Se a planta murcha ainda não conseguir voltar ao normal após a redução da taxa de transpiração, tal murcha é chamada de murcha permanente.
A murcha permanente só pode ser eliminada aumentando a água disponível para o solo. A murcha permanente pode causar a morte da planta se continuar.
O coeficiente de murcha permanente refere-se à proporção (%) da água remanescente no solo em relação à massa de matéria seca do solo quando a planta murcha permanentemente.
temperatura do solo
Efeito da baixa temperatura
Baixas temperaturas reduzem a absorção de água pelas raízes
razão ① A viscosidade da água aumenta em baixa temperatura e a velocidade de difusão diminui. Ao mesmo tempo, devido ao aumento da viscosidade do protoplasma celular, a resistência à difusão da água aumenta. ② A atividade metabólica do sistema radicular é enfraquecida e a absorção ativa de água é reduzida. ③ O sistema radicular cresce lentamente, o que afeta o aumento da área de absorção de água.
Efeito da alta temperatura
A temperatura excessivamente elevada do solo também é prejudicial à absorção de água pelas raízes. Aumentará o grau de lignificação das raízes, acelerará o envelhecimento das raízes e também causará desnaturação e mal-estar da caseína.
Os pelos da raiz caem e a área de absorção de água diminui
Geralmente, as plantas termofílicas e as plantas de crescimento vigoroso absorvem água e são afetadas por baixas temperaturas.
Estado de aeração do solo
Quando a umidade do solo é adequada, as trocas gasosas são suaves e o oxigênio é suficiente, pode promover a respiração aeróbica das raízes e aumentar a absorção ativa de água. Também favorece o crescimento das raízes e a expansão da absorção de água. área.
Se o solo estiver endurecido ou tiver muita água, oxigênio insuficiente e acúmulo de dióxido de carbono, isso afetará a respiração normal do sistema radicular. Não apenas a absorção de água e fertilizantes será reduzida, mas mais substâncias nocivas se acumularão no. sistema respiratório anaeróbico, que envenenará o sistema radicular.
Medidas como cultivar campos e drenar e secar campos podem melhorar a aeração do solo e aumentar a capacidade de absorção das raízes.
Quando o teor de oxigênio no solo é inferior a 5%, a capacidade de absorção de água das raízes é significativamente reduzida.
concentração da solução do solo
A concentração da solução do solo determina o potencial hídrico do solo. Geralmente, a concentração da solução do solo é baixa e não afetará a absorção normal de água pelas raízes.
Existem duas situações que podem fazer com que a concentração da solução do solo seja muito alta: ① São usados fertilizantes químicos em excesso ou muito concentrados, fazendo com que o potencial local de água no solo diminua; a solução do solo, a concentração da solução do solo aumenta e o potencial da água diminui. Nessas circunstâncias, as raízes não conseguem absorver água e até ocorre osmose reversa da água, causando “queima das mudas”. Medidas como irrigação e lavagem com sal podem ser usadas para reduzir a concentração da solução do solo
Para absorver água no solo, o potencial hídrico de suas células deve ser inferior ao potencial hídrico da solução do solo.
Seção 5 transporte de água nas plantas
Caminhos e velocidades de transporte de água nas plantas
No continuum solo-planta-atmosfera, a via de transporte de água é: cabelo do solo, córtex, endoderme, periciclo, vaso radicular, vaso caule, vaso pecíolo, vaso venoso, células do mesofilo, espaço intercelular da folha, estômatos Câmara inferior - estômatos e atmosfera
O mecanismo pelo qual a água sobe nas plantas
A força da umidade subindo ao longo do conduíte
A força da água para subir ao longo do conduto (ou traqueide) é determinada pela diferença de potencial de pressão entre as duas extremidades do conduto.
O estabelecimento da diferença de potencial de pressão vem principalmente de dois aspectos, um é a pressão radicular (potencial de pressão positivo) e o outro é a força de tração da transpiração (potencial de pressão negativo).
continuidade da coluna de água
A transpiração faz com que as folhas percam água, o potencial da água diminui e a água é absorvida pelo conduíte. A extremidade superior do conduíte está sujeita à tração ascendente da transpiração, e a gravidade da própria coluna de água e a resistência ao fluxo de água puxam a água. coluna para baixo, de modo que a coluna de água do conduíte fique sujeita a uma espécie de tensão.
Quanto mais alta a parte da planta estiver do solo, maior será a tensão na coluna d'água do conduto.
Como a força coesiva da água é muito maior que a tensão da coluna d'água e, ao mesmo tempo, há adesão entre as moléculas de água e as moléculas de celulose na parede do cateter (atração mútua entre a fase líquida e a fase sólida), o a continuidade da coluna de água no cateter é mantida, fazendo com que a água continue subindo. Portanto, esta teoria deveria ser chamada de teoria do fluxo-coesão-tensão da transpiração.
O gás será dissolvido no fluxo líquido do cateter. Quando a tensão da coluna de água aumentar, o gás dissolvido escapará da água e formará bolhas. Isto é chamado de cavitação, e as bolhas continuarão a se expandir sob a ação da tensão. Bolhas grandes podem bloquear canos, chamadas embolias
O fenômeno da cavitação reduzirá até certo ponto a capacidade de condução de água do xilema, mas não é totalmente ruim para o equilíbrio hídrico da planta. Como a cavitação ocorre principalmente nas extremidades dos tecidos de condução de materiais com alta tensão e baixo potencial hídrico (folhas e pequenos galhos), ela pode efetivamente reduzir a transpiração de água e ajudar a prevenir a desidratação dos troncos e raízes das plantas.
Seção 6 A base fisiológica da irrigação racional
Razões para irrigação racional para aumentar a produção
A irrigação razoável é a maneira mais eficaz de manter o equilíbrio hídrico nas plantas. A irrigação razoável pode atender às necessidades fisiológicas de água das plantas, garantindo principalmente o abastecimento de água durante o período crítico da irrigação das culturas, fazendo com que as plantas cresçam mais rapidamente, expandindo a área foliar e aumentando a área fotossintética, pois melhora a atividade radicular, favorece a absorção de água; e fertilizantes, e garante a transpiração Prosseguir normalmente, aumentar a taxa de transporte de água e nutrientes, acelerando assim a taxa fotossintética, reduzindo o fenômeno da soneca fotossintética, melhorando a distribuição e utilização de produtos fotossintéticos e aumentando o rendimento. A irrigação razoável também pode atender às necessidades ecológicas de água das plantas e melhorar as condições do solo e do clima do ambiente de cultivo. Por exemplo, pode promover a dissolução de fertilizantes, lavar sal e álcalis, manter aquecido e prevenir o frio, resfriar e hidratar, fornecer oxigênio e desintoxicar e aliviar a seca atmosférica e do solo.
Requisitos de água da colheita
Diferentes culturas têm diferentes necessidades de água
O coeficiente de transpiração pode ser utilizado para estimar a necessidade hídrica das culturas, ou seja, o produto do rendimento biológico da cultura e o coeficiente de transpiração é utilizado como necessidade mínima teórica de água.
A mesma cultura tem diferentes necessidades de água em diferentes fases de crescimento.
No ciclo de vida das plantas, o período mais sensível e vulnerável à deficiência hídrica é denominado período crítico hídrico.
Culturas com efeitos limitados de estresse hídrico
O stress hídrico não é totalmente um efeito negativo Em fases específicas de desenvolvimento das culturas, o stress hídrico limitado é benéfico para melhorar o rendimento e a qualidade. O impacto da escassez de água nas culturas envolve um processo que vai da adaptação aos danos. Desde que a escassez de água não exceda o intervalo adaptativo, podem ocorrer frequentemente efeitos de compensação na utilização da água e no crescimento após a re-irrigação, o que é benéfico ou prejudicial para o rendimento final. Este é o efeito limitado da escassez de água nas culturas.
Índice de irrigação
índice de solo
De modo geral, o teor de umidade do solo na camada ativa das raízes das culturas (0~90cm) deve representar 60%~80% da capacidade de água do campo.
indicadores morfológicos
Os sintomas de escassez de água nas culturas incluem: murchamento dos caules e folhas jovens; redução da taxa de crescimento no teor de clorofila, caules e folhas mais escuros e alguns caules e folhas ficando vermelhos;
Indicadores fisiológicos
As folhas são as partes mais sensíveis que refletem as mudanças fisiológicas nas plantas. O conteúdo relativo de água, o potencial osmótico, o potencial de água, a concentração de seiva celular e a abertura dos estômatos das folhas podem ser usados como indicadores fisiológicos para irrigação.
O conteúdo relativo de água das folhas refere-se à proporção (%) entre o conteúdo real de água e o conteúdo de água quando a água está saturada. Normalmente, o teor de umidade relativa das folhas é de 85% a 95%. Se o teor de umidade relativa for inferior ao valor crítico (cerca de 50%), as folhas geralmente murcharão.
Quando o equilíbrio hídrico no corpo da planta está desequilibrado, o potencial de soluto das folhas diminui, o potencial hídrico diminui, a concentração de seiva celular aumenta e a abertura dos estômatos diminui ou até fecha.
Método de irrigação
Métodos comuns de irrigação
Irrigação por inundação
Também conhecida como irrigação de superfície, a água forma uma camada de água ou flui na superfície das terras agrícolas através de valas e penetra no solo.
Tem as vantagens de operação simples e conveniente e baixo custo operacional.
A sua desvantagem é que desperdiça muitos recursos hídricos e causa erosão do solo, perda de fertilidade e outras desvantagens. A chave para melhorar a irrigação de superfície é melhorar a planicidade da terra e melhorar a distribuição da água no campo.
irrigação por aspersão
Refere-se à pulverização de água no ar com a ajuda de equipamentos elétricos para formar gotas de água e pousar nas plantas e no solo.
Este método pode efetivamente aliviar a seca atmosférica e do solo, economizar mão de obra, ocupar menos terras cultivadas e ter forte adaptabilidade ao terreno.
Suas desvantagens são que é muito afetado pelo vento e exige alto investimento em equipamentos.
irrigação por gotejamento
Um método de irrigação localizada que fornece água de irrigação e nutrientes diretamente ao redor das raízes das plantas através de uma rede de tubos enterrados ou colocados no solo.
A irrigação por gotejamento quase não apresenta perdas por evaporação e infiltração profunda, permitindo que as raízes das culturas estejam sempre em bom estado de umidade, ar e nutrientes. A irrigação por gotejamento pode ser usada em diversas condições de terreno e solo e é especialmente adequada para áreas com escassez de água ou alto teor de sal.
A desvantagem é que o orifício do gotejador fica facilmente entupido, por isso a água de irrigação deve ser filtrada.
Vários novos métodos de irrigação que economizam água
irrigação precisa
É um método de irrigação inteligente que economiza água, baseado nas necessidades reais de água das culturas e usando tecnologia da informação, como controle automático por computador e sensoriamento remoto.
O sistema de irrigação preciso pode melhorar muito a utilização da água e economizar recursos de água doce; pode fornecer água automaticamente de acordo com as necessidades das plantas em tempo hábil, melhorando muito a qualidade do crescimento das plantas. A irrigação de precisão é uma tendência na irrigação verde no futuro
irrigação com déficit regulado
É um método de irrigação economizador de água baseado nas características fisiológicas das culturas, com perda moderada de água durante o período de pico de crescimento vegetativo, abastecimento de água suficiente durante o período crítico de demanda de água e uma combinação de promoção e controle.
Exercer artificialmente um certo grau de stress hídrico em determinadas fases de crescimento pode regular a proporção de distribuição de produtos fotossintéticos entre diferentes tecidos e órgãos, regular a dinâmica de crescimento das partes aéreas e subterrâneas, controlar o crescimento vegetativo e promover o crescimento reprodutivo, aumentando assim a produção económica. Alcançar as metas de conservação de água, alta eficiência, alto rendimento e alta qualidade e aumento da área de irrigação.
Irrigação alternada controlada da zona radicular
A irrigação alternativa, em resumo, é um método de irrigação que economiza água e irriga apenas algumas áreas durante o processo de irrigação, enquanto mantém outras áreas secas, de modo que os sistemas radiculares em diferentes áreas sejam alternadamente submetidos ao estresse hídrico.
① As raízes na área seca local transmitem ácido abscísico para a superfície do solo para ajustar a abertura dos estômatos da planta, reduzindo assim a extravagante perda de água pela transpiração de toda a planta. ② Submeter algumas raízes a um certo grau de estresse hídrico pode estimular a função compensatória das raízes e melhorar a condutividade radicular. ③A fotossíntese e a transpiração respondem de maneira diferente à abertura estomática. A taxa fotossintética aumenta com a abertura estomática e aumenta linearmente. . Da mesma forma, a abertura estomática torna-se menor, a taxa fotossintética diminui menos e a perda de água pela transpiração será bastante reduzida. Portanto, é teoricamente viável atingir o máximo sem sacrificar o acúmulo de produto fotossintético nas culturas. ④ Reduza a evaporação do solo entre as plantas e a penetração profunda na zona radicular, melhore a eficácia da água armazenada na zona radicular e melhore a eficiência da utilização da água.
*Seção 4 Transpiração
conceito O processo pelo qual a água nas plantas perde seu estado gasoso para a atmosfera
O significado fisiológico, métodos e indicadores de transpiração
Significado fisiológico da transpiração
A atração transpiratória gerada pela transpiração é a principal força motriz para as plantas absorverem e transportarem água.
A transpiração promove o transporte de substâncias na seiva do xilema
A transpiração pode diminuir a temperatura das plantas
A transpiração normal é benéfica para a assimilação do dióxido de carbono
modo de transpiração
À medida que a planta cresce, formam-se rolhas na superfície dos caules e ramos, e existem lenticelas nas partes não arrolhadas, permitindo a transpiração das lenticelas, mas a quantidade de transpiração das lenticelas é muito pequena, representando apenas cerca de 0,1% da transpiração total. . A transpiração das plantas é realizada principalmente pelas folhas.
Existem duas formas de transpiração nas folhas. Uma é a transpiração através da camada de milho, que é chamada de transpiração da camada de milho. A outra é a transpiração através dos estômatos, que é chamada de transpiração estomática.
A transpiração estomática é o principal modo de transpiração em plantas mesofíticas e de crescimento precoce.
Indicadores de transpiração
Taxa de transpiração
Também conhecida como intensidade de transpiração, refere-se à quantidade de água perdida pelas plantas através da transpiração por unidade de tempo e por unidade de área foliar. As unidades comumente usadas são g/(m^2·h), mg/(dm^2·h)
Eficiência de transpiração
Também conhecida como produtividade transpiratória, refere-se à quantidade de matéria seca formada pela transpiração das plantas por quilograma de água. A unidade comum é g/kg.
Coeficiente de transpiração
Também conhecida como demanda de água, refere-se à quantidade de água (g) transpirada pelas plantas por 1g de matéria seca produzida. A unidade é g/g.
Quanto menor o coeficiente de transpiração, maior a eficiência de utilização do vapor d'água.
taxa de transpiração
Refere-se à quantidade de água (mol) necessária para transpiração e dissipação por 1 mol de dióxido de carbono fixado pela fotossíntese da planta.
Geralmente, a taxa de transpiração das plantas lenhosas é menor do que a das plantas herbáceas.
transpiração estomática
Estrutura morfológica e características fisiológicas dos estômatos
Estômatos é o nome geral das duas células-guarda do tecido epidérmico e dos poros formados por elas.
As células guarda são cercadas por células epidérmicas. Se as células epidérmicas adjacentes forem morfologicamente iguais às outras células epidérmicas, serão chamadas de células adjacentes.
As células guarda, as células acessórias e os poros intermediários são juntos chamados de órgão estomático, também conhecido como complexo estomático.
Normalmente, as folhas das monocotiledôneas possuem estômatos na epiderme superior e inferior, as folhas das dicotiledôneas possuem estômatos principalmente na epiderme inferior e as plantas flutuantes possuem estômatos na epiderme superior.
Quanto menor o buraco, mais óbvio será o efeito de borda e mais rápida será a taxa de difusão.
As células-guarda das dicotiledôneas e da maioria das monocotiledôneas têm formato de rim, e as células-guarda das gramíneas têm formato de haltere.
O mecanismo do movimento estomático
O movimento estomático é causado por alterações na pressão de turgescência das células-guarda
Teoria da bomba de íons inorgânicos
Impulsionados pelo gradiente de potencial eletroquímico H, os íons de potássio entram nas células-guarda das células vizinhas através do canal K* interno na membrana plasmática da célula-guarda e, em seguida, entram no vacúolo. A concentração de K* aumenta e o potencial da água diminui, causando o vacúolo. células de guarda para absorver água e abrir os estômatos. Os íons cloreto podem entrar nas células guarda através do co-transportador CI-H*. No escuro, a fotossíntese para, a atividade da H* ATPase diminui e a membrana plasmática das células guarda se despolariza, levando o K* a ser transferido para as células vizinhas através do canal externo de K*, acompanhado pela liberação de ânions, causando o potencial hídrico de as células-guarda aumentam e a água se move para fora e fecha os estômatos
Teoria do metabolismo do ácido málico
Sob a luz, o dióxido de carbono nas células guarda é utilizado, o pH sobe para 8,0 ~ 8,5 e a fosfoenolpiruvato carboxilase no citoplasma é ativada e catalisa o fosfoenolpiruvato produzido pela degradação do amido. é reduzido a ácido málico pelo NADPH (ou NADH). O ácido málico dissocia-se em radicais 2H e malato Acionados pela bomba H*/K*, o H* é trocado pelos radicais malato que entram no vacúolo e o Cl* mantém o equilíbrio elétrico com o K*. Ao mesmo tempo, a presença de ácido málico também pode reduzir o potencial hídrico, fazendo com que as células-guarda absorvam água e abram os estômatos. Quando as folhas passam da luz para a escuridão, o conteúdo de ácido málico diminui, fazendo com que as células-guarda percam água e fechem os estômatos.
Teoria da transformação do amido e do açúcar
Quando o amido é convertido em açúcar solúvel, o potencial osmótico diminui e os estômatos se abrem; quando o açúcar solúvel é convertido em amido, o potencial osmótico aumenta e os estômatos se fecham;
Fatores externos que influenciam o movimento estomático
Luz
A luz é o principal fator ambiental que afeta o movimento estomático. Os estômatos da maioria das plantas abrem na luz e fecham no escuro.
Existem dois efeitos da luz que promovem a abertura estomática: ① O efeito indireto que ocorre através da fotossíntese, que pode ser inibido pelo inibidor fotossintético da transferência de elétrons diclorofenildimetilureia; por diclorofenildimetilureia. Tanto a luz vermelha quanto a luz azul podem causar a abertura dos estômatos, com a luz vermelha agindo por meio de um efeito indireto, a luz azul é a qualidade de luz mais eficaz para regular a abertura dos estômatos. célula e abra diretamente os estômatos. Além disso, a luz pode aumentar a temperatura da atmosfera e das folhas, aumentar a diferença de pressão de vapor entre o interior e o exterior das folhas e acelerar a taxa de transpiração.
dióxido de carbono
Baixas concentrações de dióxido de carbono promovem a abertura dos estômatos, enquanto altas concentrações de dióxido de carbono promovem o fechamento dos estômatos.
temperatura
A abertura dos estômatos geralmente aumenta à medida que a temperatura aumenta
Umidade
Quando o teor de água da planta diminui, a abertura dos estômatos diminui. Quando a planta perde água severamente, os estômatos fecham mesmo sob a luz.
vento
Breeze facilita a abertura e transpiração dos estômatos
Hormônio vegetal
A citocinina (CTK) promove a abertura estomática, enquanto o ácido abscísico (ABA) promove o fechamento estomático.
Fatores internos e externos que afetam a transpiração
Fatores de influência interna da transpiração
Os fatores internos que influenciam a transpiração estomática são principalmente a estrutura foliar, especialmente a estrutura morfológica do aparelho estomático e das células circundantes.
Fatores externos que afetam a transpiração
iluminação
A luz é a condição externa mais importante que afeta a transpiração. A luz provoca a abertura dos estômatos e reduz a resistência estomática; a luz aumenta a temperatura da atmosfera e das folhas, aumenta a diferença de pressão de vapor entre o interior e o exterior das folhas e acelera a taxa de transpiração.
temperatura
Quando a temperatura aumenta, a temperatura da folha pode ser 2 a 10°C superior à temperatura do ar. O aumento da pressão de vapor nas células do mesofilo é maior que o aumento da pressão de vapor do ar. dentro e fora da folha aumenta e a transpiração é melhorada. Quando a temperatura está muito alta, as folhas perdem água em excesso e os estômatos fecham, enfraquecendo a transpiração.
umidade
Quando a temperatura for a mesma, quanto maior a umidade relativa da atmosfera, maior será a pressão do vapor. A pressão do vapor dentro e fora das folhas diminuirá e o vapor d'água na cavidade inferior dos estômatos não se difundirá facilmente. , e a transpiração será enfraquecida. Pelo contrário, quando a umidade relativa da atmosfera estiver baixa, a transpiração será reduzida.
velocidade do vento
Quando a velocidade do vento é alta, a camada de difusão de vapor d'água fora dos estômatos na superfície da folha pode ser soprada e substituída por ar com menor umidade relativa, o que não só reduz a resistência à difusão, mas também aumenta a diferença de pressão de vapor entre o interior e fora da folha, o que pode acelerar a transpiração. A ventilação forte pode fazer com que os estômatos se fechem ou reduzam sua abertura, aumente a resistência interna e enfraqueça a transpiração.
condição do solo
A transpiração contínua das partes aéreas das plantas depende da absorção contínua de água do solo pelas raízes, e a quantidade de água perdida pela transpiração e a quantidade de água absorvida pelas raízes são iguais em circunstâncias normais. Portanto, quaisquer condições do solo que afetem a absorção de água pelas raízes (como teor de umidade do solo, temperatura, gases, concentração da solução, etc.) podem afetar indiretamente a transpiração.
Formas e medidas para reduzir a transpiração
Reduza a área de transpiração
Ao transplantar plantas, alguns galhos e folhas podem ser removidos para reduzir a área de transpiração e a perda de água por transpiração para aumentar a taxa de sobrevivência.
Reduza a taxa de transpiração
Evitar condições externas que promovam a transpiração, transplantar plantas à noite ou em dias nublados e borrifar água para sombreamento após o cultivo de plantas em estufas ou estufas ou usar películas de cobertura morta, redes de proteção solar, coberturas de palha e outras medidas podem aumentar a umidade e a difusão ambiental; resistência, reduza a taxa de transpiração.
Use agentes antitranspirantes
Substâncias que podem reduzir a taxa de transpiração das plantas, mas têm pouco efeito na fotossíntese e no crescimento, são chamadas de agentes antitranspirantes.
Alguns agentes antitranspirantes podem afetar a expansão das células-guarda e reduzir a abertura estomática, como ácido abscísico, atrazina, etc., alguns podem formar uma película protetora após serem aplicados na superfície da folha para evitar a perda de água, como silicone, látex; , cera de polietileno, etc .; alguns podem aumentar o reflexo da luz na superfície da folha, diminuir a temperatura da folha e reduzir a transpiração, como a argila de caulim. Alguns agentes antitranspirantes multifuncionais (como agentes formadores de filme poliméricos, inibidores de transpiração, reguladores de crescimento de plantas e oligoelementos, etc.) começaram a ser promovidos na produção e podem ser usados no transplante de árvores, flores de gramado e frutas materiais medicinais de árvores, plantações, encostas de rodovias, jardins em telhados, etc., tem os efeitos de reduzir a transpiração, prevenir o vento e o frio, aumentar a resistência das plantas ao estresse, alta taxa de sobrevivência e qualidade de sobrevivência.
*Seção 2 absorção de água pelas células vegetais
O conceito de potencial hídrico
potencial químico
conceito Potencial químico: É a energia livre por mol parcial de substância, representada pela letra grega μ.
As substâncias sempre se movem espontaneamente de locais com alto potencial químico para locais com baixo potencial químico. Quando os potenciais químicos são iguais, ocorre um equilíbrio dinâmico.
potencial químico da água
conceito Quando a temperatura, a pressão e a quantidade de outras substâncias (exceto água) permanecem inalteradas, a variação na energia livre do sistema causada pela quantidade de água (incremento molar) é expressa em μw.
A água sempre se move de áreas de alto potencial químico para áreas de baixo potencial químico
potencial hídrico
conceito Diferença de potencial químico por volume molar parcial de água
A energia livre da água em uma solução é menor que a da água pura, e o potencial hídrico da solução é negativo. Quanto mais concentrada a solução, menor o potencial hídrico.
Energia ligada: energia que não pode ser convertida em trabalho
Energia livre: energia usada para realizar trabalho a uma temperatura constante
Potencial hídrico da água pura = 0
Componentes do potencial hídrico de sistemas aquosos
O potencial hídrico da água pura ψw
A água pura tem o maior potencial hídrico
Potencial de soluto ψs
conceito Refere-se ao valor numérico que reduz o potencial hídrico do sistema devido à presença de partículas de soluto.
O potencial hídrico de uma solução é igual ao seu potencial de soluto, que é sempre negativo. Quanto mais solutos uma solução tiver, menor será o seu potencial de soluto.
Em um sistema osmótico, o potencial do soluto representa a capacidade osmótica potencial da água na solução, portanto o potencial do soluto também pode ser chamado de potencial osmótico ψπ
O valor absoluto do potencial osmótico e da pressão osmótica é o mesmo, mas o sinal é oposto.
O potencial do soluto de uma solução diluída pode ser calculado usando a fórmula empírica de van't Hoff: ψs=ψπ=-π=-icRT.i é o coeficiente de dissociação do soluto
Solução diluída não eletrolítica ψs = -CRT
Potencial do substrato ψm
Substâncias que podem absorver água em sua superfície são chamadas de substratos
O valor do aumento e diminuição do potencial hídrico do sistema devido à presença do substrato é expresso como um valor negativo.
Potencial de pressão ψp
Refere-se ao valor que altera o potencial hídrico do sistema devido à presença de pressão.
Se for adicionada pressão positiva, o potencial hídrico do sistema aumenta; se for adicionada pressão negativa, o potencial hídrico do sistema diminui;
Geralmente ψp>0 Estágio inicial de reconhecimento da plasmólise ψp=0 ψp<0 durante fervura violenta
Potencial gravitacional ψg
Refere-se ao valor do aumento do potencial hídrico no sistema devido à presença da gravidade.
O potencial gravitacional está relacionado com a altura da coluna de água e é frequentemente encontrado na base das plantas
potencial hídrico da solução
ψw=ψs ψm ψp ψg
movimento da água
Convergência
conceito Refere-se ao fenômeno de grupos de átomos ou moléculas em um líquido se moverem juntos sob a ação do gradiente de pressão. (longa distância)
difusão
É o fenômeno em que as moléculas da substância são transferidas de uma área de alto potencial químico para uma área de baixo potencial químico até serem distribuídas uniformemente. (curta distância)
A taxa de difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração de uma substância e inversamente proporcional à distância de difusão
Osmose
Refere-se ao fenômeno de difusão de moléculas de solvente em uma solução através de uma membrana semipermeável.
A camada protoplasmática é seletivamente permeável e se aproxima de uma membrana semipermeável
absorção de água pelas células vegetais
Componentes do potencial hídrico das células vegetais
potencial de soluto celular
Potencial de pressão celular
potencial de matriz celular
Composição do potencial hídrico celular
Composição do potencial hídrico de células sem vacúolos
ψ célula = ψ citoplasma = ψs ψm ψp
Meristema vacuolar e sementes secas
ψw=ψm
A composição do potencial hídrico das células vacuolares
ψ célula = ψ citoplasma = ψ vacúolo = ψ organela
células maduras com vacúolos
ψ célula = ψ vacúolo = ψs ψp
Como as células vegetais absorvem água
Penetração e absorção de água
Absorção de água celular devido à diminuição do potencial de soluto
A absorção de água pelas células contendo vacúolos (como a absorção de água pelas raízes e a absorção de água pelas células-guarda estomáticas) é principalmente absorção osmótica de água.
Inchar e absorver água
Refere-se à absorção de água causada pelo baixo potencial de matriz
Reduza a pressão e absorva água
Absorção de água celular devido à redução do potencial de pressão
Mudanças nos componentes de volume e potencial hídrico das células durante a absorção de água
O potencial do soluto, o potencial de pressão e o potencial hídrico das células aumentam à medida que o conteúdo de água aumenta, e a capacidade de absorção de água da célula diminui, inversamente, o potencial do soluto, o potencial de pressão e o potencial hídrico diminuem à medida que o conteúdo de água diminui, e a água da célula; a capacidade de absorção aumenta correspondentemente.
movimento da água entre as células
A água sempre flui ao longo do gradiente de potencial hídrico
Como o potencial hídrico do solo > o potencial hídrico das raízes das plantas > o potencial hídrico do xilema do caule > o potencial hídrico das folhas > o potencial hídrico da atmosfera, a água absorvida pelas raízes pode ser continuamente transportada para o parte superior do terreno.